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　　眾所周知，如果將LED連接到Arduino的數(shù)字輸出端，并使該引腳輸出高電平或低電平，LED就會(huì)打開/關(guān)閉。這是學(xué)習(xí)Arduino的第一步。但有時(shí)我們想控制一些工作在高電壓/大電流的模塊，例如，我想用Arduino控制我的燈(工作在電壓>100V)，將燈連接到Arduino數(shù)字輸出引腳。但是Arduino最多只能輸出5V電壓，最大電流20mA。燈的工作電壓要低得多，我們需要一個(gè)模塊來使Arduino控制高電壓/大電流。這就是繼電器可以做的事情。繼電器是一個(gè)電動(dòng)開關(guān)，它就像一個(gè)士兵，接受Arduino的低壓信號(hào)命令，然后控制高壓槍的開/關(guān)。

圖1 繼電器

　　1.正確認(rèn)識(shí)繼電器

　　市場上繼電器種類繁多，但最基本的繼電器至少有2個(gè)部分：指令器(控制尺寸)和動(dòng)作部分(負(fù)載側(cè))。作為一個(gè)嚴(yán)格執(zhí)行指揮官命令的士兵，繼電器接收命令，然后就像一個(gè)開關(guān)：當(dāng)指揮官說：“連接!”時(shí)，它將“樞軸”引腳連接到紅色觸點(diǎn)的左側(cè)，連接正確的電路部分;當(dāng)指揮官說：“不要連接!”時(shí)，它將樞軸與紅色觸點(diǎn)的右側(cè)連接起來，就與電路的右側(cè)部分?jǐn)嚅_了。

圖2 繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 繼電器連接圖

　　市場上最常用的一個(gè)典型繼電器，如圖2圖3。繼電器通常有3個(gè)端口：COM端口、NC(常接COM)端口、NO(常開COM)端口?？刂齐娐肺赐姇r(shí)，“COM”口接觸“NC”口，有彈簧“C”拉動(dòng);當(dāng)控制電路通電時(shí)，線圈“A”會(huì)產(chǎn)生電磁吸引力，使“COM”端口與“NO”端口接觸，從而使左側(cè)電路接通。如果有足夠的電源，直流電機(jī)就會(huì)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　2.Elecrow如何設(shè)計(jì)中繼屏蔽?

　　2.1質(zhì)量可靠的繼電器和布局

　　一個(gè)可靠的繼電器是最重要的，由于銅的寬度和重量會(huì)影響電路中可以流動(dòng)的最大電流，因此布局的寬度應(yīng)滿足電流要求。Elecrow使用質(zhì)量過關(guān)的繼電器，支持電流3A@120VAC和3A@24VDC，布局為100密耳。除了高壓區(qū)不植銅，以免高壓影響GND。

　　2.2HIHG電壓和低壓電路內(nèi)部的隔離

　　高壓對人和控制器都是危險(xiǎn)的。如果有任何問題，HIHG電壓可能會(huì)損壞所有電路，尤其是微控制器。因此HIHG電壓電路(有源側(cè))和LOW電壓電路(指揮器側(cè))之間的隔離是必不可少的。elecrow使用光耦合器TLP521IC來隔離它們。有了這個(gè)光耦，控制器被高壓損壞的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)降低，因?yàn)楦邏翰粫?huì)通過光耦。

圖4 繼電器中繼屏蔽

　　2.3控制Arduino

　　線圈“A”需要電流來產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度來吸引COM端口，但由于Arduino數(shù)字只能輸出20mA電流，我們還需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)繼電器，使用晶體管：當(dāng)DOUT3達(dá)到高電壓(5V)時(shí)，晶體管的發(fā)射極和集電極(Q3)會(huì)導(dǎo)通，因此電流將從+5V電源流到R17，然后是繼電器，然后是Q3和GND。選用R17來限制電流，使其適用于繼電器。還可以用二極管D14與繼電器并聯(lián)，限制反電動(dòng)勢以保護(hù)繼電器，還有一個(gè)LED串聯(lián)限流電阻，向用戶顯示工作狀態(tài)。

　　2.4繼電器和Arduino板的電源

　　當(dāng)板載4個(gè)繼電器都處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它們需要的最大電流約為300mA，這對于Arduino電源電路來說是一個(gè)很大的負(fù)載，尤其是使用USB供電時(shí)(最大500mA)。因此，在elecrow繼電器屏蔽中添加了額外的電源電路，帶有二極管(D6)以在電源反向連接時(shí)保護(hù)電路板。

　　2.5手動(dòng)控制

　　有的人只想手動(dòng)控制HIHG電壓。例如你做了一個(gè)自動(dòng)關(guān)閉的燈，它會(huì)在11點(diǎn)之后熄滅，但有時(shí)你確實(shí)需要它。這就是我們?yōu)槔^電器屏蔽添加手動(dòng)控制的原因。當(dāng)板上的開關(guān)處于“OFF”狀態(tài)時(shí)，繼電器將始終處于默認(rèn)狀態(tài)，即COM端口連接NC端口，但不受Arduino控制。

　　3.如何連接繼電器?

　　有了上面的硬件，現(xiàn)在就可以輕松連接繼電器了。以使用繼電器屏蔽來控制燈的開/關(guān)為例，請按如下方式連接繼電器：

圖5 繼電器連接燈

　　第一步：切斷燈的電源線。

　　第二步：一端接COM1，另一端接NO1。

　　第三步：確保手動(dòng)控制開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。

　　第四步：在Arduino上插入繼電器屏蔽并通電。

　　現(xiàn)在可以通過Arduino控制燈的開/關(guān)，D5上的數(shù)字輸出HIHG將使COM端口與NO1連接，即燈會(huì)亮起;同時(shí)輸出邏輯低電平，同時(shí)使燈關(guān)閉。

　　4.常見問題

　　4.1 繼電器安全注意事項(xiàng)有哪些?

　　請注意在繼電器正常工作時(shí)，如果用手觸摸會(huì)有觸電的危險(xiǎn);請注意在進(jìn)行繼電器(包括端子臺(tái)、插座等連接部件)的安裝、維護(hù)和故障處理時(shí)請先切斷電源;請注意在進(jìn)行端子連接時(shí)，請先對照產(chǎn)品說明書上的接線圖，然后再正確連接。如果連接錯(cuò)誤可能會(huì)引起無法預(yù)期的誤動(dòng)作、異常發(fā)熱、著火等情況;如果發(fā)生觸點(diǎn)粘接、接觸不良、斷線等不良時(shí)，會(huì)危害至其它財(cái)產(chǎn)，甚至生命時(shí)，請使用雙重安全裝置。

　　4.2 功率繼電器推薦的最小適用負(fù)載是多少?

　　0.5A。

　　4.3 繼電器線圈的動(dòng)作電流和額定電流是多少?

　　動(dòng)作電流=動(dòng)作電壓/線圈電阻;額定電流=額定電壓/線圈電阻。

　　4.4 在應(yīng)用上，繼電器的線圈側(cè)、觸電側(cè)還可以有什么叫法?

　　線圈側(cè)：輸入端、控制側(cè)、弱電系統(tǒng);觸點(diǎn)側(cè)：輸出端、開關(guān)側(cè)、觸頭、強(qiáng)電系統(tǒng)。

　　4.5 電磁繼電器的工作原理是什么?能量轉(zhuǎn)換過程是怎樣的?

　　工作原理：線圈通過電流產(chǎn)生電磁力吸動(dòng)銜鐵，銜鐵帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)同常開靜觸點(diǎn)閉合，當(dāng)線圈上去掉電流使電磁力消失，動(dòng)觸點(diǎn)在機(jī)械力的作用下回復(fù)到初始位置;能量轉(zhuǎn)換過程：由電能轉(zhuǎn)換為磁能，磁能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能帶動(dòng)觸點(diǎn)接通、斷開，從而使被控制電路得到、失去電能。

　　結(jié)語

　　以上就是連接繼電器方法的介紹了，在安裝繼電器時(shí)，不要忘記放置額定負(fù)載略低于繼電器在其輸出電路中允許的最大負(fù)載的快速熔斷器，這一點(diǎn)非常重要。此外，繼電器的背板必須能夠完美地將熱量傳遞到散熱片，因此在兩個(gè)表面之間必須放置散熱墊或?qū)岣?，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)非常。