繼電器繼電器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。當我們開始用 Webduino 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。 範例影片展示接線與實作開始接線前,先認識一下繼電器,繼電器的內部構造有一個電磁鐵,
藉由這個方式,我們就可以很容易的控制電器用品的開和關。 因為是用小電流控制大電流,所以在這個範例會用到兩組電源,其中一組電源提供 Webduino 開發板使用,另外一組電源則是供應繼電器使用。在繼電器上頭有紅燈綠燈的一側,具有三個腳位,將 VCC 接在 Webduino 3.3V 的腳位,GND 接在 GND 的腳位,IN 接在 9 的位置,繼電器的另外一側需要用十字螺絲起子來接線 ( 因為這一側通常會接大電流的電器 ),將風扇的其中一條電線接在繼電器的「常開」,另外一條電線和電源接上,而電源的另外一條線則接在繼電器的「公共端」。
馬克一號接線示意圖: Fly 接線示意圖: 繼電器的大電流一端的接線,利用十字螺絲起子,將電線旋緊。 實際接線照片: 斷路時繼電器會亮紅色的燈,通路時會亮綠色的燈。 基本操作打開 Webduino Blockly 編輯工具 ( https://blockly.webduino.io ),在畫面中放入開發板積木,填入 Device ID,在開發板內放入 繼電器的積木,腳位設定 11,變數名稱設定為 relay。
如果要讓繼電器打開 ( 使其通電 ),在繼電器積木的後方,放入「relay 設定狀態 on」的積木。 由於繼電器和 LED 一樣,都是透過數位腳的 1 和 0 控制開和關,所以把繼電器的積木,換成 LED 的積木一樣是可以運作的。不過繼電器不支援「強弱」,只能純粹的開、關、閃爍。 填入裝置 Device ID,確認開發板上線,點選右上方紅色按鈕執行,就可以看到繼電器通電,連接繼電器的電扇或電器也會啟動。
網頁燈泡圖片控制繼電器更進一步我們可以透過網頁操控 LED,這時可以打開 Webduino Blockly 的網頁互動測試區,下拉選單選擇「點擊燈泡」,畫面裡會打開一個內嵌的網頁燈泡圖片,在左側的積木目錄內,可以看到最下方出現了一個「點擊燈泡」的選單,點選展開可以看到操控網頁燈泡圖片的控制積木。 接著為了確保開發板上線的時候,繼電器和網頁燈泡圖片的狀態一致 ( 都是關或都是開 ),先放入 relay 狀態為 off 和燈泡狀態為 off 的積木,讓它們一開始都是熄滅的狀態。 把「點擊燈泡執行」的積木放到畫面中,放入邏輯「如果、否則」的積木,邏輯積木可以點選「藍色小齒輪」,增加判斷的條件 ( 如下圖 )。
在第一個邏輯判斷,放入「燈泡現在狀態是 on」的積木,表示「如果燈泡圖片是亮燈的」,執行的內容就將燈泡圖片狀態設為 off,relay 也設為 off,反之「如果燈泡圖片是熄滅的」,執行的內容就將燈泡圖片狀態設為 on,relay 狀態也設為 on。 其實更簡單的方法是直接用 LED 的積木來控制繼電器,透過「狀態切換」可以直接切換把 off 狀態變成 on,把 on 變成 off。 填入裝置 Device ID,確認開發板上線,點選右上方紅色按鈕執行,並開始點按網頁互動區裡的燈泡圖片,就可以輕鬆地控制 連接繼電器的電器了。
相關參考
聯絡我們如果對於 Webduino 產品有興趣,歡迎透過下列方式購買:
如果對於這篇教學有任何問題或建議,歡迎透過下列方式聯繫我們:
Relay 繼電器的目的是以小電流控制大電流的ON/OFF,這樣就可以利用微電腦CPU的IO(Input/Output)來控制家電甚至動力馬達。常見到的應用如汽車的方向燈;建築物蓄水池的抽水馬達,也是利用浮球的低電壓訊號來驅動繼電器ON/OFF,進而驅動抽水馬達。 繼電器 Relay 的構造下圖就是個很典型的電磁式繼電器Electromechanical Relay,它右方有個24VDC的電磁鐵與控制電路相連接,啟動時電磁鐵會吸住左方的簧片,如此簧片就會導通,進而讓負載運作。 Relay 4PDT繼電器繼電器的規格分為兩種,線圈規格與接點規格,前者指的是電磁鐵的規格,用來敘述電磁鐵需要多少電壓電流才能驅動;後者指的是接點規格,用來敘述這個Relay可以導通多大的電壓電流。 線圈規格 可分為DC或AC驅動,控制線路必須考慮自身能提供的電壓與電流,這當中線圈的阻抗與電抗也要考慮。 繼電器Relay的規格範例,摘自OMRON MY系列的datasheet線圈規格通常會標示在外殼的某一面,以這個例子來說它標示在外殼的上方Top View,要注意的是接腳的順序是Bottom View,所以從上往下看的話接腳是反序的喔。 繼電器 的外殼會標示線圈規格與接腳接點規格 接點可導通的電壓電流上限都敘述在這裡,AC與DC的適用規格不同。接點組成是指有幾路會同時導通,例如DPDT是2路它就會寫2c,4PDT是4路它就會寫4c。接點機構若為單點,表示它在每路的接點上,使用一個圓餅形的金屬作為接觸點,雙點則是指在每路接點上的末端會叉成兩路(bifurcation),各自有圓餅形的金屬作為接觸點,接觸效果會變好但Relay壽命會變短。 繼電器 Relay 的接點規格,摘自OMRON MY系列的datasheet優缺點電磁式繼電器的缺點就是體積大,切換時會產生很大的噪音,方向燈閃爍時會聽到的滴答聲,就是繼電器在ON/OFF之間切換的聲音,而且電流大的話還會產生火花;音響擴大機內的音源切換,也能聽到清脆的滴答聲。 音響擴大機內切換音源的Relay繼電器建築物的抽水馬達控制盤內的繼電器體積更大(如下圖),裡面有電磁接觸器Magnetic Contactor(MC)與繼電器Relay,切換時產生的噪音更驚人,火花的亮光透過MC的外殼縫隙就隱約能看到。 抽水馬達控制盤的Relay電磁接觸器MC某種程度來說它就是個繼電器,與一般Relay的差別是,它配備有消弧功能,專門用在15A以上電流或3KW以上功率的裝置,例如馬達的控制。所以Relay與MC是不同檔次的東西。 電磁式繼電器雖然有噪音與火花,它的好處就是接點阻抗很低,頻寬高,因此音響擴大機的後級會透過電磁式繼電器將聲音訊號接入,確保音質。 但時代在進步,有人利用半導體開發了固態電容Solid State Relay(SSR),裡面式用光耦合的方式來達成隔離效果,而且由於是半導體製程,SSR切換時速度超快,沒有火花,也沒有噪音非常的安靜。但缺點就是會熱,因為講到底SSR畢竟不是整塊金屬,接點Close時的阻抗並不像金屬般的低,所以會熱;Open時的阻抗又不像空氣般的高,所以斷路時還是會有漏電流,至於要選哪一種比較好,就看你的應用囉。 Relay 電路既然繼電器有電磁鐵線圈coil與開關switch,所以電路的Relay符號就會有這兩樣東西,我畫在下圖。這是個方向燈的例子,左邊是閃爍控制訊號,它的電流比較小,而右方的鎢絲燈泡所需的電流比較大,因此無法直接接在控制電路上,需要用繼電器隔開。 Relay繼電器燈泡控制應用一定有人會問如果是用省電的LED燈難道不能直接放在控制電路上嗎? 理論上可以,但是我們設計電路時需要考慮到意外狀況,也就是使用者有可能將燈泡兩極短路,若此時燈炮與控制電路接在一起,可能會將控制線路燒毀,而我希望在意外時刻被燒毀的是繼電器,維修成本較低,而且它通常會插在專屬的區域插座上,比較方便更換。 彈跳現象Bounce眼尖的你應該會發現上圖繼電器的線圈端並聯了一個反向的二極體,這是為了減少ON/OFF瞬間產生的彈跳震盪Bounce,這種震盪會造成如下圖的EMI干擾,你一定不希望車子在關鍵時刻不聽使喚,只因為你打了方向燈,詳細的內容可以參考這篇。 繼電器 EMI 電磁干擾防範-用一個元件搞定 遭受電磁干擾的I2C訊號RELAY FORM A/B/C/D如果你選購過繼電器,一定會發現Relay規格有所謂的FORM A或者FORM C,這是甚麼呢? 我說明如下,這是繼電器型式的簡稱,畫圖如下。 繼電器Relay的形式FormForm A 表示常開型Normal Open的單刀單擲(Single Pole Single Throw,SPST),若單一包裝內有兩組則標示為2 Form A也稱為DPST,以下類推。 Form B 表示常閉型Normal Close的單刀單擲SPST。 Form C 表示單刀雙擲(Single Pole Double Throw, SPDT),切換的過渡時期新舊端點都不會觸碰到,最終會停在新端點上。若有兩組則稱為2 Form C或是DPDT(Double Pole Double Throw),以下類推。 Form D 表示單刀雙擲SPDT,切換的過渡時期新舊端點都會觸碰到,最終會停在新端點上。 注意Relay極性雖然說Relay裡面是電磁鐵驅動,理當沒有極性之分,但為了方便User使用,有些Relay裡面會幫你安裝好Flyback二極體,有些還會安裝LED指示,這時你就需要注意極性了,若電源反接很可能燒掉自己的控制電路。 各種繼電器的變化選項,摘自OMRON MY系列的datasheet |