單片機能否點亮家庭電路中的燈?怎麼實現?

岩石龍


根據提問者的意思,能否使用單片機點亮家庭電路中的燈?當然可以,對於熟悉單片機的人來說,原理很簡單!

單片機屬於微控制系統,屬於弱電部分,一般供電電壓5V或3.3V,而家庭電路中的燈屬於強電部分(220V交流電)。相當於弱電控制強電,在實際應用中常有的事,比如控制器控制電機運行,以及各種機床、機械手等都有弱電系統控制強電的部分,單片機相當於系統的大腦,指揮各模塊運作。

控制部分原理很簡單,利用單片機的一個I/O口,設置為輸出端口,低電平時控制家庭中的高壓部分線路接通,高電平時線路斷開。高壓線路開關部分可以使用繼電器、三極管、場效應管、可控硅、IGBT等,其中使用機械繼電器原理設計最簡單,因為機械繼電器控制部分(線圈)與觸點之間完全物理隔離,不需要專門進行弱電與強電部分隔離設計。若使用三極管、場效應管、可控硅、IGBT等芯片進行控制強電線路通斷,需要考慮控制電路電源與220V電源之間進行隔離設計。

實例講解:下圖為使用24V繼電器當電子開關控制220V交流電火線,從而控制燈泡亮/滅,將單片機I/O口設置為輸出端口,由於I/O口驅動電流很弱,一般只有幾mA左右,不能直接驅動繼電器,因此通過三極管進行電流放大驅動,下圖使用兩個三極管進行驅動繼電器,原因是單片機復位時I/O口默認高電平(3.3V),因此使用低電平驅動繼電器工作。

具體原理分析:當I/O口輸出高電平時,三極管Q1導通,Q2截止,繼電器不吸合;當I/O口輸出低電平時,三極管Q1截止,Q2導通,繼電器吸合,燈泡點亮。

總結:單片機屬於微處理器,相當於人的大腦,功能很強大,它可以控制很多東西,控制家庭中線路的燈那是非常簡單的事。若使用三極管、場效應管、可控硅等電子元件作為電子開關時,注意隔離設計,因為單片機系統屬於弱電部分,經不起強電的衝擊,系統設計時一般都會將強電和弱電進行隔離,提高系統可靠性。

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技術閒聊


單片機控制電燈是極為簡單的事情

單片機其實就是一個微型“電腦”,它集成了CPU、RAM、ROM、I/O、定時器、中斷等等功能。單片機工作需要直流電供電,一般是5V或者3.3V,而電燈需要交流220V。單片機需要通過驅動低壓直流電控制交流電的器件去控制電燈的亮和滅。比如繼電器或者可控硅。

單片機驅動繼電器控制電燈

繼電器通過觸點的閉合和斷開來控制電燈電源的開和關,給繼電器的線圈施加直流電時,電磁鐵產生磁力吸住銜鐵,觸點閉合,電燈通電點亮;繼電器線圈斷電後,電磁鐵失去磁力,銜鐵受彈簧力作用,觸點斷開,電燈熄滅。

單片機的輸出口驅動能力是比較弱的,能夠提供的電流最多20mA左右,也不能直接推動繼電器工作,我們需要加入三極管來驅動繼電器,當單片機的輸出口DR設為高電平時,三極管Q1導通,繼電器線圈通電,電燈點亮,當單片機的輸出口DR設為低電平時,三極管Q1截止,繼電器線圈斷電,電燈熄滅。

有了單片機的協助,電燈的功能就很多了,除了可以定時開和定時關,還可以加入光線強弱檢測,實現晚上自動開燈。

單片機驅動可控硅控制電燈

除了繼電器可以控制電燈的亮和滅,還可以用雙向可控硅控制電燈。繼電器是機械式的開關控制,而雙向可控硅是電子式的開關控制,還可以實現亮度調節。雙向可控硅的導通由控制極(G)控制,我們只需要給控制極(G)提供一個脈衝的電流信號就可以觸發它導通了。

我們可以通過光耦驅動雙向可控硅控制電燈的亮和滅,當DR設為低電平時,光耦工作,電燈點亮,當DR設為高電平時,光耦停止工作,電燈熄滅。如果想調節電燈的亮度,還需要加入過零檢測電路。

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當然可以了,非常簡單。

下面簡單分享一下製作過程。

單片機

首先,我們要知道單片機是什麼。

形象一點說,單片機就是一臺超小型的電腦,只不過與電腦比起來性能要弱很多,但是電腦有的功能,單片機基本都有。麻雀雖小五臟俱全嘛。

單片機的工作電壓一般都是3.3V或者5V。

而且它可以輸出的電流非常小,最多10幾毫安。

那它怎麼驅動家庭電路中的燈呢?

燈泡都是220V的電壓,我們單片機只有區區5V,這樣直接驅動不就把單片機給燒了嗎。

就如下圖所示的這種接法,單片機根本承受不了這麼大的電壓,會被直接擊穿的。

那該怎麼辦呢?

繼電器

這時候有一個原件可以幫到我們,那就是繼電器。

它的原理很簡單,當我們用單片機給它5V電時,220V就能接通;當我們給它0V時,220V這一側就是斷開的。

如果用單片機控制的話,接線圖大致是下面這樣的,我這個圖是簡化的,有很多線沒有繪製,為的是讓大家更容易理解。

在實際應用中,單片機不能直接驅動繼電器,這時候我們還需要再加一個三極管,用三極管去驅動繼電器。

還有繼電器內部是線圈,我們還需要給繼電器並聯一個二極管,來達到續流的目的。


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