Il modulo presentato è una Breakout sigla SEN-MAG25N su cui è montato un elettromagnete in grado di generare una forza di tenuta di circa 25 Newton, solleva circa 400 grammi.
L’alimentazione può essere compresa tra i 3,3 e 5 VDC.
Citazione dell’articolo nelle sezioni Brief Tutorial e Recensione del blog di Elettronica In
Indice
Che cos’è un elettromagnete
Un elettromagnete, chiamato anche elettrocalamita è un dispositivo elettrico in grado di generare un campo magnetico quando una corrente elettrica passa attraverso di esso.
Infatti, se un filo viene percorso da una corrente elettrica, genera intorno a se un campo magnetico. Se il filo viene avvolto su una superficie cilindrica, le azioni magnetiche di ogni singola spira si sommano tra loro. L’effetto può essere ulteriormente rafforzato ponendo all’interno di una bobina di filo, un nucleo di materiale ferromagnetico.
Si ottiene cosi una elettrocalamita, cioè un dispositivo con le stesse capacità di una calamita, ma molto più potente. Questi sono magneti temporanei, in quanto il loro campo magnetico scompare quando viene tolta la corrente.
Questo campo magnetico può essere utilizzato per vari scopi, come sollevare oggetti metallici, generare movimento in motori elettrici o svolgere altre funzioni magnetiche.
Gli elettromagneti sono ampiamente utilizzati in diverse applicazioni, come dispositivi di sollevamento, motori elettrici, i trasformatori e altri dispositivi elettrici ed elettronici che richiedono la generazione di campi magnetici controllabili. Sono un elemento fondamentale nella tecnologia moderna e hanno una vasta gamma di utilizzi in vari settori industriali.
Schema elettrico del modulo
Lo schema elettrico del modulo elettromagnete 25 newton è molto semplice. Il componente principale è il MOSFET Q1 tipo J2302-ES (vedere datasheet). La parola MOSFET è l’acronimo del termine inglese Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, ovvero semiconduttore metallo-ossido-transistor a effetto di campo.
La caratteristica dei MOSFET è che la corrente che transita dal DRAIN (D) Id è pilotata dalla differenza di tensione tra GATE (G) e SOURCE (D) Vgs.
Nel circuito oltre al MOSFET Q1 con funzione di switch, è poi presente una resistenza limitatrice R1 da 100 Ω e la resistenza di Pull Down R2 da 100kΩ. Questa assicura che il gate sia a zero quando non viene pilotato.
Sono inoltre presenti il diodo D1 tipo 1N4148 e il condensatore C1.
Il diodo flyback (anche chiamato diodo snubber) serve per ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI)
ed è posizionato con polarità inversa dall’alimentazione ed è in parallelo alla bobina del magnete.
| ID | Sigla | Descrizione | Q.tà |
|---|---|---|---|
| 1 | C1 | Condensatore 100nF SMD | 1 |
| 2 | D1 | Diodo 1N4148 SMD | 1 |
| 3 | J1 | Pin head maschio 2.54_1x4 90° | 1 |
| 4 | J2 | Elettromagnete ZYE1-P20/15---DC6V 0.5A 25N | 1 |
| 5 | Q1 | N-channel MOSFET CJ2302-ES SMD | 1 |
| 6 | R1 | Resistenza 100Ω SMD | 1 |
| 7 | R2 | Resistenza 100KΩ SMD | 1 |
Schema e PCB su https://oshwlab.com/
PCB del modulo
Caratteristiche del modulo
- Alimentazione: da 3,3 (< 350 mA) a 5 VDC (< 500 mA)
- Dimensioni Elettromagnete (mm): 20 (diametro) x 15 (altezza)
- Forza di tenuta: circa 25 Newton (circa 2,5 kg)
- Dimensioni (mm): 40x20x19
- Peso: 26 grammi
Sul modulo sono presenti due fori dal diametro di 3mm per l’eventuale fissaggio
Caratteristiche dell’elettromagnete
Il magnete presente sul modulo è prodotto dalla cinese YUEQING ZHENGYONG ELECTRICAL CO.,LTD, vedere datasheet.
Dettagli tecnici dell’elettromagnete (datasheet) :
- Voltaggio nominale: 5 V CC
- Assorbimento di corrente: 0,22 A a 5 V
- Forza di tenuta: 25N – 2,5 Kg
- Diametro: 20 mm
- Diametro centrale: 8 mm
- Altezza: 15 mm
- Lunghezza cavo: 270 mm
- Peso dell’elettromagnete: 22,7 g
- Peso del prodotto: 25,1 g
Nota: gli elettromagneti sono specificati con “forza di tenuta”, nel nostro caso 25N pari a circa 2,5 Kg . Questo non è il peso che possono sollevare! I magneti possono sollevare il peso indicato diviso per 5-10, ma è una stima approssimativa. Quindi in questo caso, circa 0,4 kg. Si noti che il peso di raccolta dipende anche da una superficie piana, dal contatto massimo della superficie e dal contenuto di metallo ferromagnetico. Un cubo d’acciaio perfettamente piatto funzionerà alla grande, qualcosa dalla forma strana o ricoperto di gomma o plastica no!
Pin out del modulo
Per la gestione sono utilizzati 3 dei quattro pin presenti
- SIG: Segnale di comando
- NC: pin non collegato
- VCC: Alimentazione da 3,3V a 5V
- GND: Ground
Dove trovare il modulo
Il modulo elettromagnete da 25 newton può essere acquistato presso il sito di Futura elettronica codice 2860-SEN-MAG25N. Il suo costo al momento della pubblicazione di questo articolo è di 9,80 €.
Blister contenete il modulo
Collegamento con Arduino
Lo schema di collegamento con Arduino nella versione base è molto semplice, sono necessari:
Scheda Keyestudio PLUS |
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Modulo digitale (pulsante) |
Modulo LED Rosso |
 Cavi di collegamento |
Breadboard |
Sotto è riportato lo schema dei collegamenti
Nota: nel prototipo è stata utilizzata al posto della scheda Arduino UNO una scheda KS0486 Keyestudio PLUS completamente compatibile con l’ambiente di sviluppo Arduino IDE. Contiene tutte le funzioni della scheda Arduino UNO R3 e alcuni miglioramenti che ne rafforzano notevolmente la funzione.
Sulla scheda sono presenti del connettori a collegare direttamente i moduli.
Foto del montaggio per il test base del modulo
Dettaglio dei collegamenti sul connettore del modulo
Codice utilizzato
Il codice è molto semplice. Nella parte iniziale è presente la definizione dei pin a cui sono collegati: l’elettromagnete, il led e il pulsante.
Nella sezione setup viene definita la funzione delle varie porte : input per quella dei pulsante e output per la gestione del led e dell’elettromagnete.
Segue poi la sezione loop in cui viene verificato se il pulsante viene premuto e nel caso attiva sia il led che l’elettromagnete.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
int pinMagnete = 3; int pinLED = 5; int pinButton = 6; void setup() { pinMode(pinButton, INPUT); pinMode(pinMagnete, OUTPUT); pinMode(pinLED, OUTPUT); } void loop() { int valButton = digitalRead(pinButton); if (valButton == LOW) { digitalWrite(pinMagnete, HIGH); digitalWrite(pinLED, HIGH); } else { digitalWrite(pinMagnete, LOW); digitalWrite(pinLED, LOW); } delay(100); } |
Video illustrativo
Esempi di utilizzo
Ci si potrebbe chiedere a cosa può servire il Modulo elettromagnete SEN-MAG25N.
Prima di tutto dal punto di vista didattico, in quanto può servire per dimostrare l’effetto dell’elettromagnetismo.
Altro utilizzo come abbiamo visto è quello di utilizzarlo per sollevare un corpo metallico.
Per esempio, come si può vedere nella foto sotto un’utilizzo su un braccio robot, dove viene utilizzato per raccogliere oggetti o a sistemare pezzi di ferro nel colore corrispondente.
Il kit denominato Raspberry Pi Robot Arm Kit è prodotto dal Sun Founder
Test con elettrocalamita e sensore magnetico
Segue un esempio in cui il sensore KY-003 o il Ks0020 in questo caso rileva se l’elettrocalamita SEN-MAG25N.
Per informazioni sui sensori magnetici KY-003 o il Ks0020 vedere l’articolo KY-003 – Ks0020 Hall magnetic sensor module
Lo schema di collegamento con Arduino nella versione base è molto semplice, sono necessari:
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Scheda Keyestudio PLUS |
Modulo elettromagnete SEN-MAG25N |
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Modulo digitale (pulsante) |
Modulo sensore magnetico |
| Cavi di collegamento |
Breadboard |
Sotto è riportato lo schema dei collegamenti
Nota: nel prototipo è stata utilizzata al posto della scheda Arduino UNO una scheda KS0486 Keyestudio PLUS completamente compatibile con l’ambiente di sviluppo Arduino IDE. Contiene tutte le funzioni della scheda Arduino UNO R3 e alcuni miglioramenti che ne rafforzano notevolmente la funzione.
Sulla scheda sono presenti del connettori a collegare direttamente i moduli.
Sketch per il test
Sotto il codice utilizzato
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int pinMagnete = 3; int pinhallsensor = 5; int pinButton = 6; int pinled =13; void setup() { pinMode(pinButton, INPUT); pinMode(pinhallsensor, INPUT); pinMode(pinMagnete, OUTPUT); pinMode(pinled, OUTPUT); } void loop() { int valButton = digitalRead(pinButton); if (valButton == LOW) { digitalWrite(pinMagnete, HIGH); } else { digitalWrite(pinMagnete, LOW); } int valsensor = digitalRead (pinhallsensor); if (valsensor == HIGH) { // check if the input is HIGH digitalWrite(pinled, LOW); // turn LED OFF } else { digitalWrite(pinled, HIGH); // turn LED ON } delay(100); } |
Se l’elettromagnete non è attivato, il led del sensore e quello sulla scheda sono spenti
Se si preme il pulsante, l’elettromagnete si attiva e sia il led del sensore che quello sulla scheda si accendono.
