一本章简介

本章介绍如何使用 MicroPython 控制筑基学习板上的板载继电器。继电器是嵌入式系统中最常见的强电控制元件之一，通过单片机输出一个简单的高低电平信号，就能控制外部负载（灯泡、风扇、电磁阀等）的通断。筑基学习板上的继电器经过光耦隔离设计，安全可靠，非常适合学习和实验。

1.1 学习目标

序号	学习目标	重要程度
1	了解继电器的工作原理和应用场景	⭐⭐⭐⭐⭐
2	掌握使用 GPIO 控制继电器吸合与释放的方法	⭐⭐⭐⭐⭐
3	理解光耦隔离的作用和意义	⭐⭐⭐⭐
4	能够实现定时开关、按键联动等实用功能	⭐⭐⭐⭐

1.2 重点提示

筑基学习板上的继电器控制引脚为 PA4，低电平吸合（接通负载），高电平释放（断开负载）。
继电器通过光耦隔离驱动，单片机侧和继电器侧的电源完全隔离，即使继电器侧出现异常，也不会影响天空星核心板及筑基学习板的安全。
本学习板定位为学习用途，继电器对外接口请只连接 36V 以下的直流负载，严禁连接市电（220V）。
继电器吸合时会有明显的"咔嗒"声，这是正常的机械动作声音，同时板上的继电器指示 LED 也会亮起（就在继电器左上方）。

1.3 基础概念与术语

继电器（Relay）：一种电磁开关，通过小电流控制线圈产生磁场，驱动机械触点闭合或断开，从而控制大电流回路的通断。
光耦隔离（Optocoupler Isolation）：利用光电耦合器件实现信号传递，输入侧和输出侧之间没有电气连接，能有效防止强电侧的干扰或故障传导到单片机侧。
吸合：继电器线圈通电，触点闭合，外部负载接通。
释放：继电器线圈断电，触点断开，外部负载断开。

二硬件说明

2.1 继电器电路原理

筑基学习板上的继电器驱动电路采用了光耦隔离设计，信号传递路径如下：

天空星 PA4 引脚 → 光耦(EL357N) → 继电器线圈 → 触点闭合/断开 → 外部负载

工作原理：

当 PA4 输出低电平时，光耦内部的 LED 导通发光，光照到次级侧的三极管使其导通，继电器线圈得电，触点吸合，外部负载接通。
当 PA4 输出高电平时，光耦内部的 LED 熄灭，次级侧三极管截止，继电器线圈失电，触点释放，外部负载断开。

NOTE

为什么是低电平吸合？这是由光耦的接法决定的。光耦输入侧的 LED 阳极接电源，阴极接 PA4，当 PA4 为低电平时，LED 两端有压差，电流流过 LED 发光，驱动次级侧导通。

2.2 继电器资源汇总

参数	说明
控制引脚	PA4
吸合电平	低电平（0）
释放电平	高电平（1）
隔离方式	光耦隔离（EL357N）
继电器供电	隔离电源（与单片机侧电气隔离）
对外接口	带盖板栅栏式接线端子（7.62mm 间距）
负载限制	36V 以下直流（学习板定位，请勿连接市电）
继电器指示灯	板载 LED 指示灯（吸合时亮起）

2.3 实物位置

继电器位于筑基学习板的边缘位置，旁边有一个带盖板的绿色栅栏式接线端子，用于连接外部负载。继电器吸合时，旁边的 LED 指示灯会亮起，方便观察当前状态。

如果你还不理解这三个端口的功能的话，你可以把它想象成一个带有三个接口的岔路口：

COM (Common) - 公共端口：
- 它是电流的入口（或者是出口，取决于你的接线习惯，通常接电源线）。
- 动作逻辑： 无论继电器怎么动作，COM口永远是核心。它就像是一根可以来回摆动的导线，不是搭在 NO 上，就是搭在 NC 上。
NO (Normally Open) - 常开端口：
- 平时断开，通电连通。
- 动作逻辑： 常指的就是默认状态（线圈没通电时）。默认情况下，COM 和 NO 是断开的。只有当天空星开发板给继电器发信号让它吸合(线圈通电) 时，COM 才会啪的一声连到 NO 上，电路导通。
NC (Normally Closed) - 常闭端口：
- 平时连通，通电断开。
- 动作逻辑： 默认情况下，COM 和 NC 是吸合连在一起的。只有当天空星开发板发信号让继电器吸合时，COM 才会离开 NC，电路断开。

CAUTION

本学习板的继电器仅适用于 36V 以下直流负载的学习实验。严禁连接 220V 市电或其他高压电源，否则可能造成触电危险或设备损坏。

三软件设计

3.1 基础部分

3.1.1 继电器吸合与释放

最基本的操作——控制继电器的通断：

python

# 继电器基本控制
from pyb import Pin
import time

# PA4 推挽输出，低电平吸合
relay = Pin('PA4', Pin.OUT_PP)

# 默认释放（高电平，断开负载）
relay.high()

# 吸合继电器（接通负载）
print("继电器吸合 - 负载接通")
relay.low()
time.sleep(2)

# 释放继电器（断开负载）
print("继电器释放 - 负载断开")
relay.high()

WARNING

PA4 是低电平吸合，low() 是接通，high() 是断开，与直觉可能相反。建议各位在实际工程代码中用有意义的函数名封装，避免混淆。

3.1.2 封装继电器控制函数

为了让代码更清晰，我们把继电器操作封装一下：

python

import time
from pyb import Pin

relay_pin = Pin('PA4', Pin.OUT_PP)
relay_pin.high()  # 初始状态：释放

def relay_on():
    """吸合继电器（接通负载）"""
    relay_pin.low()

def relay_off():
    """释放继电器（断开负载）"""
    relay_pin.high()

def relay_state():
    """查询继电器状态，返回 True=吸合，False=释放"""
    return relay_pin.value() == 0

# === 实战：循环控制 ===
print("开始执行继电器循环测试...")

while True:
    relay_on()
    print("继电器：已吸合 (状态:", relay_state(), ") -> 如果接了NO端，设备现在通电了")
    time.sleep(2)  # 保持吸合2秒
    
    relay_off()
    print("继电器：已释放 (状态:", relay_state(), ") -> 设备断电")
    time.sleep(2)  # 保持释放2秒

3.1.3 定时开关

每隔一段时间自动切换继电器状态，可用于定时灌溉、定时通风等场景，大部分场景我们都需要结合RTC来定时处理，而不是像下面这样几秒钟就切换一次，这里指示为了演示：

python

# 继电器定时开关
from pyb import Pin
import time

relay = Pin('PA4', Pin.OUT_PP)
relay.high()  # 初始释放

ON_TIME  = 3   # 吸合时间（秒）
OFF_TIME = 5   # 释放时间（秒）

print("定时开关模式启动，Ctrl+C 停止")
try:
    while True:
        relay.low()
        print("ON  - 负载接通")
        time.sleep(ON_TIME)

        relay.high()
        print("OFF - 负载断开")
        time.sleep(OFF_TIME)
except KeyboardInterrupt:
    relay.high()  # 退出时确保继电器释放
    print("已停止，继电器已释放")

3.2 进阶部分

3.2.1 按键控制继电器

用 PA0 按键切换继电器状态，每按一次翻转一次：

python

# 按键控制继电器（PA0 切换，带消抖）
from pyb import Pin, LED
import pyb

btn = Pin('PA0', Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
relay = Pin('PA4', Pin.OUT_PP)
led = LED(1)  # PB2 板载 LED 同步指示

relay.high()  # 初始释放
led.off()
relay_is_on = False
last_press = 0

print("按 PA0 按键切换继电器状态")

while True:
    if btn.value() == 1:
        now = pyb.millis()
        if now - last_press > 300:  # 300ms 消抖
            last_press = now
            relay_is_on = not relay_is_on

            if relay_is_on:
                relay.low()
                led.on()
                print("继电器 ON")
            else:
                relay.high()
                led.off()
                print("继电器 OFF")

    pyb.delay(10)

四常见问题

Q: 代码运行了，但继电器没有动作？

确认筑基学习板已正确供电（继电器使用隔离电源供电，需要底板有电源输入）。仅靠 TYPE-C 供电时，如果供电不足的话隔离电源可能未工作，继电器无法动作。
观察继电器旁边的 LED 指示灯是否亮起，如果 LED 亮了但继电器没动作，可能是继电器本身出问题了，继电器也是有寿命的，不能长时间连续切换。

Q: 继电器吸合后有"咔嗒"声，正常吗？

正常。这是继电器内部电磁铁驱动机械触点闭合时发出的声音，是继电器正常工作的标志。

Q: 可以用继电器控制 220V 市电吗？

不可以。 本学习板的继电器和接线端子设计用于 36V 以下直流负载的学习实验。对于初学者来说连接市电存在严重的触电风险。

[1]天空星筑基学习板套件介绍

GPIO基础

一本章简介

1.1 学习目标

1.2 重点提示

1.3 基础概念与术语

二硬件说明

2.1 继电器电路原理

2.2 继电器资源汇总

2.3 实物位置

三软件设计

3.1 基础部分

3.1.1 继电器吸合与释放

3.1.2 封装继电器控制函数

3.1.3 定时开关

3.2 进阶部分

3.2.1 按键控制继电器

四常见问题

GPIO基础

​

一 本章简介 ​

1.1 学习目标 ​

1.2 重点提示 ​

1.3 基础概念与术语 ​

二 硬件说明 ​

2.1 继电器电路原理 ​

2.2 继电器资源汇总 ​

2.3 实物位置 ​

三 软件设计 ​

3.1 基础部分 ​

3.1.1 继电器吸合与释放 ​

3.1.2 封装继电器控制函数 ​

3.1.3 定时开关 ​

3.2 进阶部分 ​

3.2.1 按键控制继电器 ​

四 常见问题 ​

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1.3 基础概念与术语

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2.2 继电器资源汇总

2.3 实物位置

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3.1.1 继电器吸合与释放

3.1.2 封装继电器控制函数

3.1.3 定时开关

3.2 进阶部分

3.2.1 按键控制继电器

四常见问题