Arduino 筆記 - Lab21 用繼電器控制 12V 風扇

Arduino 腳位的電流很小 (小於 40 mA)，當你想要切換大電流或大電壓設備 (例如燈泡、馬達或大風扇) 的開關時，會需要一個中繼的電路 (intermediate circuit)，最簡單的辦法是使用繼電器。

實驗目的

練習用繼電器控制 12V 風扇。

前提

我假設你已經知道繼電器是什麼，而且也會查 datasheet 看懂繼電器的接線圖。 如果你還不認識繼電器，建議你在做這個實驗前先看一看「繼電器簡介」一文，。

材料

• 麵包板 x 1
• Arduino 主板 x 1
• 直流 12V 風扇 x 1
• 5V 單刀雙擲 (SPDT) 繼電器 x 1
• 1N4004 整流二極體 x 1
• 2n2222 NPN 電晶體 x 1
• 按鈕 (pushbutton) x 1
• 10k 歐姆電阻 x 1
• 1k 歐姆電阻 x 1

我用的是 RAS-0515 小型繼電器，它的線圈電壓是直流 5V，開關電流與電壓為 15A/120VAC (24VDC), 10A/250VAC:

 
▲ RAS-0515 小型繼電器

RAS-0515 的接線圖如下 (翻過來從底部看):

 
▲ NC 是 Normal Closed, NO 是 Normal Open，而 COM 是 Common

如果你用比較大的繼電器 (> 12V)，記得把 2n2222 換成耐壓較大的 TIP101/TIP102 之類的電晶體。

接線

底下這張圖是繼電器的一般接法，在你開始進行這個實驗的接線前，可以多看幾遍這張圖以加深記憶:

▲ 控制繼電器的電路

我用的 RAS-0515 是 5V 小型繼電器 (上圖是 12V 繼電器)，所以繼電器線圈的電源只要從 Arduino +5V 拉出即可。接著開始進行接線。

1) 參考下圖連接繼電器、二極體與電晶體:

其中:

• 繼電器線圈一端接 +5V，線圈的另一端 (藍線) 接到 NPN 電晶體的集極 (Collector)
• 把整流二極體並聯到線圈上，注意整流二極體有方向性，有標示的一端要朝向電源
• NPN 電晶體射極 (Emitter) 接到 GND，然後基極 (Base) 串聯一顆 1k 電阻連接到 Arduino 的 pin 13

為了你的方便，我把 NPN 電晶體跟繼電器的端子 (接腳) 做個標示，如下圖所示:

2) 接著進行風扇的連接:

其中:

• 風扇正極 (紅線) 接到繼電器 NO 端，負極 (黑線) 接到 GND
• 從外接的 12V 電源正極拉一條線到繼電器的 COM 端

外接 12V 電源要怎麼取得呢?很簡單，只要找一下家裏電腦週邊產品的電源供應器，確認是 12V 的即可。

▲ 電源轉換器

3) 最重要的部份都已經接好了，剩下的步驟只是接一顆按鈕。這顆按鈕的目的是當作風扇的開關，到時只要按一下就開風扇，再按一下就關風扇:

 

參考上圖，把按鈕的一支腳接到 +5V，另一支腳接到 pin 2 同時接一個 10K 電阻連到 GND，這樣接線的工作就完成了。

程式

底下就是這支用繼電器控制風扇的程式 (RelayAnd12VFan.pde):

程式非常簡單，應該不需要多餘的解釋。把程式上傳到 Arduino 後，當你按下按鈕時，風扇會打開，再按一下風扇就會關閉。繼電器打開的時候會發出「嗒」的一聲，代表繼電器有正常作動。

你可以打開 Serial Monitor 觀察，看看程式的執行是否順利:

  
▲ Serial Monitor 上會顯示繼電器的狀態

用紅外線遙控器遙控風扇

接下來把電路稍微做個修改，我們來把按鈕換掉，改成用紅外線遙控器來遙控風扇。

首先，先把按鈕 (及相關的電阻) 移除，接著照下表把紅外線接收器跟 Arduino 連接起來。紅外線接收器建議使用 38 kHz 的 (如 TSOP2438,TSOP4438, PNA4602, FM-8038TM2-5DN)，因為大部份遙控器用 38 kHz 的比較多。

紅外線接收器接腳	Arduino 接腳
Vcc (+ 或 V+)	接到 +5V 電源
GND (-)	接到 GND
Vout (或 OUT)	接到 pin 2。你可以接到其它 Digital pin，但程式要配合修改

接線圖如下:

▲ 有些紅外線接收器 GND 和 Vcc 是相反的，接線時請查閱你的 datasheet

底下就是這支用紅外線遙控器遙控風扇的程式 (irRelayAnd12VFan.pde):

程式還是一樣簡單，相信你一定看得懂。唯一要注意的，因為紅外線接收器會把訊號反向，所以 0 代表有收到訊號，因此在檢查接收器有沒有收到紅外線訊號時，必須判斷 irStatus 是不是 0，如果是的話，就代表有收到紅外線訊號。紅外線接收器的狀態儲存在 irStatus 變數裏。

示範影片

▲ 紅外線遙控風扇，按任意鍵均可開關風扇

結語

不只可以開關 12V 風扇，用繼電器也可以控制像大燈泡、馬達、電暖爐、電風扇等家電設備，但是要提醒您，在控制大電力設備，尤其是使用交流電的時候，要特別注意每個環節，因為如果線路沒有正確接好，通電的時候，輕則把 Arduino, 繼電器和電晶體等設備毀損，重則可能會引起火災。因此，一定要非常小心。

延伸閱讀

• How to drive relays with Arduino
• 12V Lamp on Arduio with a reed relay
• Controlling Big, Mean, Devices
• Using Relays with Arduino – Turning on the Lights
• 繼電器簡介
• 自製繼電器盒
• 紅外線接收器簡易測試