新DiFi第13課繼電器

繼電器(relay)：讓我們可以用較小的電流去控制較大電流設備的一種「自動開關」。因為很多電子電路(新DiFi)板的輸出功率太小，搭配繼電器才可以讓我們用程式來控制家電產品或其他大電流的電子產品，達成自動控制電路的功能。(註1)

繼電器一般可分成兩邊，一邊接被控制的電器，另一邊接輸入訊號。

上圖左邊為輸出端，COM、長閉、常開，接外部要控制的電器。控制方法就是使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)接上。

只要控制輸出腳位的訊號，就可以控制左邊線路是否導通。要導通就給高電位(1)，不導通就給低電位(0)

圖片來源：https://cdn4.explainthatstuff.com/how-a-relay-works.gif

一、自動控制路燈

用LED模擬，晚上(天黑)路燈自動打開，天亮路燈自動熄滅。(用LED取代電燈)

使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)、A0和[PhotoR](光敏電阻)兩兩接上。

再拿一條公-母杜邦線，一端繼電器左邊[COM](用小螺絲起子鬆開，接線再轉緊)，一端接板子上寫[LEDG]的插座(RGB LED 綠色)

再拿一條公-母杜邦線，一端接繼電器左邊[常開]，一端接[3.3V]。

使用光敏電阻偵測類比腳A0訊號來判斷，繼電器是否啟動。

由數位腳D0的電位高或低來控制繼電器吸合。

因為新DiFi板子設計關係，建議剪一條厚紙板當作遮光物，方便操作。

[腳位A0模式設為INPUT]：設定類比腳位A0模式為輸入。

[等待1秒]：預設INPUT是低電位，但是DiFi板子上的光敏電阻照到光應該是高電位，需要在設定之後加一個等待時間，讓程式有時間設定為高電位(1024)。

[說讀取類比腳位(A)0]的指令，讓我們可以看到類比腳A0的數值變化。

如果偵測到類比腳位A0讀到的值減少到判斷標準(900)，就讓數位腳位D0輸出高電位，啟動繼電器，控制繼電器吸合，讓LED線路成為通路，LED亮綠色。

否則就控制繼電器打開，讓LED線路成為斷路，LED熄滅。

程式下載：自動控制路燈.sb2

二、控制小風扇

搭配光敏電阻(新DiFi第十一課)，當光線被遮住時，打開繼電器啟動風扇轉動。

PS：學校報廢的舊電腦裡面有風扇，可以拆下來使用。直接用CPU上的小風扇，可以不用外接電源。

使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)、A0和[PhotoR](光敏電阻)兩兩接上。

再拿一條公-母杜邦線，一端接繼電器左邊[COM](用小螺絲起子鬆開，接線再轉緊)，一端接[GND]。

小風扇一端(黑線)接繼電器左邊的[常開]接點，另一端(紅線)接3.3V

使用光敏電阻偵測類比腳A0訊號來判斷，繼電器是否啟動。

由數位腳D0的電位高或低來控制繼電器吸合。

因為新DiFi板子設計關係，建議剪一條厚紙板當作遮光物，方便操作。

再拿一條麵包線，一端接繼電器左邊[COM](用小螺絲起子鬆開，接線再轉緊)，一端接[GND]。

小風扇一端(黑線)接常開，一端(紅線)接3.3V(上圖標3V3)

[腳位A0模式設為INPUT]：設定類比腳位A0模式為輸入。

[等待1秒]：預設INPUT是低電位，但是DiFi板子上的光敏電阻照到光應該是高電位，需要在設定之後加一個等待時間，讓程式有時間設定為高電位(1024)。

[說讀取類比腳位(A)0]的指令，讓我們可以看到類比腳A0的數值變化。

如果偵測到類比腳位A0讀到的值減少到判斷標準(900)，就讓數位腳位D0輸出高電位，啟動繼電器，控制繼電器吸合，讓風扇線路成為通路，風扇轉動。

否則就控制繼電器打開，讓風扇線路成為斷路，風扇停止轉動。

程式下載：控制風扇.sb2

三、家電控制插座

使用繼電器控制家電產品需要破壞原來電器用品的電線，改裝有點麻煩。如果將裝置改成插座，原來的電器用品直接插上就可以控制，讓自動控制變簡單。(註2)

家電用品使用須注意用電安全，此裝置僅限小電流家電使用，請小心使用。(註3)

材料：3孔插座一個、2插插頭一個、2插插座一個、繼電器模組一個、電腦電源線一條

PS：學校換新電腦，淘汰的舊電腦電源線可以廢物利用。

製作方法

1.將電腦電源線靠近[母]插座的一端剪下丟棄。

2.再剪下約20公分，兩端小心剝去一小段外皮，留下黑、白線(綠線剪掉不用)，一端接2孔插座。

3.另一端接繼電器模組輸出端的[常開]接點及[COM](共用介面)接點。(下圖)

PS：當輸入訊號後，插座端的[常開]及[COM]接通，形成通路，電器就會開啟。反之，就是斷路。

4.電腦電源線裡面有3條電線，三插插頭中間圓柱是接地線(綠色)，短扁插頭是火線(黑色)，長扁插頭是中性線(白色)。

插座也是同樣的接法。

將有插頭的這段電線從中間小心(不要傷到裡面電線的絕緣塑膠)剝去一小段(約7公分)外皮，露出3條電線。

白色電線不要剪，黑色電線剪斷分別接在火線(下圖粉紅色)及中性線的接點(下圖紅色)。(接中性線接點的黑線其實是白色繞過去後回接)

另一條綠色線剪斷，靠近插頭的這端接插座的接地端接點(下圖黃色)，另一端可以抽掉(或留著不管它)

如下圖接好三孔插座。

5.插頭的另一端也是小心(不要傷到裡面電線的絕緣塑膠)剝去外皮，露出3條電線。

將綠色線剪斷，黑、白線接上2插插頭。

注意：

實際使用前，線路接好後，因為110V電流會經過繼電器，所以新DiFi板子要包起來(絕緣)，以免觸電。

四、模擬天黑開路燈

用電燈模擬路燈，晚上(天黑)路燈自動打開，天亮路燈自動熄滅。

搭配光敏電阻，當光線被遮住時，打開繼電器讓電燈亮。

使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)、A0和[PhotoR](光敏電阻)兩兩接上。

再拿一條公-母杜邦線，一端接繼電器左邊[COM](用小螺絲起子鬆開，接線再轉緊)，一端接[GND]。

小風扇一端(黑線)接繼電器左邊的[常開]接點，另一端(紅線)接3.3V

家電控制插座的控制端接新DiFi板子上繼電器的[COM]和[常開]。

使用光敏電阻偵測類比腳A0訊號來判斷，繼電器是否啟動。

由數位腳D0的電位高或低來控制繼電器吸合。

因為新DiFi板子設計關係，建議剪一條厚紙板當作遮光物，方便操作。

[腳位A0模式設為INPUT]：設定類比腳位A0模式為輸入。

[等待1秒]：預設INPUT是低電位，但是DiFi板子上的光敏電阻照到光應該是高電位，需要在設定之後加一個等待時間，讓程式有時間設定為高電位(1024)。

[說讀取類比腳位(A)0]的指令，讓我們可以看到類比腳A0的數值變化。

如果偵測到類比腳位A0讀到的值減少到判斷標準(天黑了)，就讓數位腳位D0輸出高電位，啟動繼電器，控制繼電器吸合，讓電燈亮起來。

否則就控制繼電器打開，讓家電控制插座成為斷路，電燈關閉。

程式下載：自動控制路燈.sb2

五、鍵盤控制電燈開、關

當按下(向上鍵)，電燈亮起來。

當按下(向下鍵)，電燈熄滅。

使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)接上。

家電控制插座的控制端接新DiFi板子上繼電器的[COM]和[常開]。

由數位腳D0的電位高或低來控制繼電器吸合。

由數位腳0來控制繼電器的開和關。

當按下(向上鍵)腳位0數位輸出為1(繼電器導通)，電燈亮起來。

當按下(向下鍵)腳位0數位輸出為0(繼電器斷開)，電燈熄滅。

程式下載：鍵盤開、關.sb2

六、自動控制定時器

使用程式控制家電產品開、關的時間。

使用Jump直接將D0和[REALY](繼電器)接上。

家電控制插座的控制端接新DiFi板子上繼電器的[COM]和[常開]。

由數位腳D0的電位高或低來控制繼電器吸合。

使用清單來儲存輸入要控制的開、關時間。

如果到了開啟時間，就啟動繼電器，讓電器通電。

如果到了關閉時間，就關閉繼電器，讓電器斷電。

先製作一個[題號]變數，和[題目]、[開啟]、[關閉]等3個清單

按題目清單左下角的[+]，依序輸入[時]，[分]，[秒]

按開啟清單左下角的[+]3次，產生3個空白位置。

按關閉清單左下角的[+]3次，產生3個空白位置。

由數位腳0來控制繼電器的開和關。

重複3次輸入要開啟的時間並記錄在開啟清單上，再重複3次輸入要關閉的時間並記錄在關閉清單上。

item(題號)of題目：提問題目的第幾項，依次提問時、分、秒

replace item (題號) of (開啟) with (答案) ：將答案填入[開啟]清單中的第幾項中，依次填入回答的時、分、秒

重複執行，核對資料，如果目前的時、分、秒和[開啟]清單一樣，就[腳位0數位輸出1]，啟動繼電器，讓電器打開。

如果目前的時、分、秒和[關閉]清單一樣，就[腳位0數位輸出0]，關閉繼電器，讓電器關閉。

程式下載：  定時器(開、關).sb2

延伸：

1.可以改變程式設定多組開、關的時間。

2.設計可以跨日的計時器。

3.設定不定時開燈：當家人出外旅遊時，將家裡的電燈設定成不定時打開，讓小偷以為家裡有人。

七、感應亮燈

配合人體紅外線感測器當有人靠近時，就會自動亮燈，人離開後燈就自動熄滅。

八、延時大夜燈：

加上按鍵，當按下按鍵後，隔一段時間後自動關燈。

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註1：繼電器簡介：

左邊是5V控制的繼電器，中間是3V控制的繼電器，右邊是廠商將線路接好的繼電器模組。

如果直接買左邊或中間的繼電器，還要自己再加上整流二極體、電晶體、電阻等電子零件接好線路，才能讓Arduino或DiFi來控制，否則無法啟動。

繼電器一般可分成兩邊，一邊接Arduino或DiFi輸入訊號，另一邊接被控制的電器。

上圖右邊有三個針腳分別接GND、5V、訊號，由訊號來控制右邊的接點連接情形。

上圖左邊為輸出端，右邊沒訊號來時NO和COM不通(斷路)，右邊有訊號來時NO和COM接通(通路)

因此只要控制右邊的訊號，就可以控制左邊線路是否導通。要導通就給高電位(1)，不導通就給低電位(0)

https://www.strongpilab.com/?p=2114

https://makerpro.cc/2019/09/the-principles-and-application-of-relay/?fbclid=IwAR2KaSp7jVx6zdMd6VFvJNUisGAu3c4oE5xUpDvfWJRygZdFa-Ip5MrWurI

註2：參考資料：http://lioujj.blogspot.tw/2015/09/arduino.html

註3：

家裏的用電一般是110V單相交流電，三孔插座的中間是接地線，兩邊是火線和中性線(零線)，短孔為火線，長孔為中性線。 

火線和中性線的區別在於它們對地的電壓不同：火線對地電壓為110V，中性線對地電壓為0。可以用三用電表來測量。 

中性線是從電力公司的發電機中性點引出的線，如果它不接地就稱為中性線，如果將它良好的接地（大地為零電位），此時的中性線就又稱為零線。中性線和火線是用電的回路線，它們和電器的外殼是絕緣的。而接地線是和電器的外殼相聯的，當電器有故障時當中才有電流流通，一般沒有電流。 台灣地區電線的配線標準用色，接地線是綠色，火線是黑色，中性線是白色。

其他用電安全請參考：http://www.bigeye.url.tw/labsafe/elec.htm

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