50 歲的童話故事 - NoteMyEverything: 4月 2021

了解繼電器 (Relay)

繼電器（Relay）是一種電子控制器件，它具有控制系統和被控制系統，通常應用於自動控制電路中，是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」，在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。所以我們可以利用 Arduino + ESP8266 控制繼電器，就可以非常簡單的做出利用網頁控制的智慧插座或自動開關。。

典型的繼電器結構原理圖如下：

繼電器有一個輸入迴路，一般接低壓電源，有一個輸出迴路，一般接高壓電源。輸入迴路中有一個電磁鐵線圈，當輸入迴路有電流通過，電磁鐵產生磁力，吸力使輸出迴路的觸點接通，則輸出迴路導電（通）。當輸入迴路無電流通過，電磁鐵失去磁力，輸出迴路的觸點彈回原位，斷開，則輸出迴路斷電（斷）。

由於輸入迴路與輸出迴路沒有接線關係，因此繼電器具有隔離功能。按繼電器的工作原理或結構特徵，繼電器分爲電磁繼電器、固體繼電器、光繼電器等幾類

作爲控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：

擴大控制範圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。
放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。
綜合信號：例如，當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。
自動、遙控、監測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現自動化運行。

一個具體的應用例子，比如：用單片機去打開或關閉一個電壓220V的電燈，由於單片機工作在 5V，而電燈是 220V，因此需要由單片機控制一個繼電器，通過控制這個繼電器充當電燈的開關。

繼電器的輸出迴路一般有三個觸點，中間的觸點是動觸點（公共端），其它兩個觸點是靜觸點。

輸入迴路不通電時，動觸點（公共端）總是和一個靜觸點斷開（稱爲常開），與另一個靜觸點閉合（稱爲常閉）輸入迴路通電後，原來閉合的成斷開狀態。即：動觸點（公共端）與和常開觸點閉合，與常閉觸點斷開。

繼電器模塊實驗-使用繼電器模塊

繼電器模塊：在網上買到繼電器模塊，如上圖
圖模塊下方有三個管腳，構成輸入迴路，其中（圖中右側)標註 'GND' 的管腳接地 (GND)，標註 'VCC' 的管腳接 5V， (圖中左側）標註 'IN' 的管腳接信號 (數字I/O)。模塊上方是一個繼電器輸出迴路，繼電器有三個接線口，常閉、常開、公共端。

繼電器的型號是: SRD-05VDC-SLC-C，說明輸入電壓爲直流 5V，看繼電器上的標註：輸出爲10A 250VAC（即: 支持最高250V交流電壓，10A電流），或 10A 30VDC（即: 支持最高30V直流電壓，10A電流）。
接線：
用三根杜邦線把繼電器模塊的三個管腳接到開發板上，其中 'GND' 腳接 Arduino 板子上的 GND，'VCC' 腳接 Arduino 的 5V，IN 腳接 D3。

在 Arduino IDE 中的程式碼：

int pinRelay = 3; // 管腳 D3 連接到繼電器模塊的信號腳
      
void setup()
{
   pinMode(pinRelay, OUTPUT); // 設置 pinRelay 腳爲輸出狀態
}

void loop()
{ 
   digitalWrite(pinRelay,HIGH); // 輸出 HIGH 電平，繼電器模塊閉合
   delay(5000); // 等待 5000 毫秒

   digitalWrite(pinRelay, LOW); // 輸出 LOW 電平，繼電器模塊斷開
   delay(8000); //-等待 8000 毫秒
}

繼電器模塊實驗-使用繼電器元器件（自已搭電路）

準備元器件和器材
(a) 繼電器(型號鬆樂SRD-05VDC-SL-C) 一個
(b) 麪包板一塊
(c) PNP 型三極管 (型號8550) 一個
(d) 二極管一個
(e) 1K 電阻一個
(f) 杜邦線若干
瞭解繼電器元器件
繼電器 SRD-05VDC-SL-C 正面標註了它的型號、電壓及其他相關資訊。
繼電器底面有5個管腳，標註了內部接線，各腳含義如下：
接在線圈兩端的是兩個輸入腳。公共端、常開端、常閉端是三個輸出腳。「公共端」與「常開端」組成「常開開關」，「公共端」與「常閉端」組成「常閉開關」。當線圈兩端兩個輸入端加一個 5V 電壓，則「公共端」與「常開端」閉合，「公共端」與「常閉端」斷開。
繼電器驅動電路原理圖
繼電器元件需要通過一個驅動電路接在單片機上。典型的驅動電路原理圖如下：

上述電路中用一個 PNP 型三極管做爲控制開關, 圖中 Relay 是繼電器
三極管 C 極接 GND，E 極接繼電器的線圈一端（輸入端），三極管的 B 極通過一隻 1K-2K 的電阻到單片機的 GPIO 腳。繼電器線圈另一端接 VCC。繼電器線圈兩個輸入端之間要反向並聯一個二極管，這個二極管的作用是過濾掉線圈充放電過程中產生的反向電流。

該電路中三極管相當於一個開關，運行原理如下：
(1). 當 GPIO 輸出高電平，三極 B 極與 E 極間沒有電壓差，三極管 E 極與 C 極間不通，繼電器沒有電流通過。
(2). 當 GPIO 輸出低電平，三極 B 極與 E 極間形成電壓差，三極管 E 極與 C 極之間導通，電流通過繼電器線圈兩個輸入端，繼電器閉合。
三極管型號與接腳說明：
三極管型號爲 8550, 其引腳如下圖：
1 腳 = E（發射極，電路圖中帶箭頭的那個）
2 腳 = B（基極，電路圖中跟 R 相接的那個）
3 腳 = C（集電極，與 E 相對的那個）
二極管兩個腳有正負極之分，有一個小環的那個腳爲負極
用麪包板接線
把三極管, 繼電器, 二極管, 電阻插入麪包板, 按上述電路原理圖，用杜邦線接線, 接線如下圖:

在 Arduino IDE 中的程式碼：

int pinRelay = 3; // 管腳 D3 連接到繼電器模塊的信號腳

void setup()
{
   pinMode(pinRelay, OUTPUT); // 設置 pinRelay 腳爲輸出狀態
}

void loop()
{ 
   digitalWrite(pinRelay, HIGH); // 輸出 HIGH 電平，繼電器模塊閉合
   delay(5000); // 等待 5000 毫秒

   digitalWrite(pinRelay, LOW); // 輸出 LOW 電平，繼電器模塊斷開
   delay(8000); // 等待 8000 毫秒
}

2021年4月12日星期一

認識繼電器 (Relay)

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