大家好，我们今天继续物联网开发板硬件电路设计相关的探讨。

电源和单片机最小外围电路都设计完成了以后，按照我们的规划，剩下还有两个模块需要去考虑，一个是继电器控制电路，一个是温湿度检测模块。

继电器是一个开关型器件，而且是一个隔离型的开关器件。开关器件相对来说比较好理解，我们可以通过控制触点的开通和管断，来实现开关的效果。就比如继电器开通的时候，相应的模块就可以工作了，因为通上电了么；继电器关断的时候，那么模块就不工作了。因为我们的开发板是联网的，我们是不是就可以实现远程对设备进行操作呀。

为什么说继电器是隔离型的开关器件呢？一个最直观的感受，就是原副边可以不站在一个地上是吧，也就是说原副边可以没有任何电气上的连接。继电器工作原理，大家估计都比较熟悉了。原边线圈通上电之后，就变成了电磁铁。既然是电磁铁，那么就会有吸引力，有了吸引力，弹片就会被吸附。按照下面的示意图来看，受控电气就会开始工作。

大家看一下，原边和副边之间是不是完全没有电气上的连接。两边发生关系的渠道其实就是电磁力。这个东西有点像光耦，光耦的原副边发生关系是原边的光信号，是吧。继电器和光偶一个比较大的区别是继电器的副边可以通大电流，因为整体的阻抗小，所以一般用于大功率器件。但是光耦就不同了，它本质上还是流控型的半导体器件，所以通不了大功率，一般是当做开关信号来使用。

明白了继电器的工作原理，我们来选择一个常用的继电器，看看该如何设计它的驱动电路。我们看一款松乐的继电器的线圈规格，它的线圈功耗有两种，一个是0.6W，一个是0.8W。

相比之下，0.8W的吸附力相对强一些，继电器的工作也会更稳定。为什么这么说呢？大家看一下，如果继电器线圈使用得是+5V电压驱动，0.6W的时候，流过线圈的电流是120mA，但是0.8W的时候，这个电路有160mA。流过线圈的电流大，电磁铁的吸附力也就更强；电磁铁的吸附力更强，接触电阻也就更小，副边通大电流的时候就更加稳定。

我们这里以0.6W，12V线圈来举例，这个时候，流过线圈的电流是不是有50mA。那么继电器的驱动电路该如何设计呢？首先这个肯定是一个开关，所谓的开关就是导通的时候阻抗无穷小，断开的时候阻抗无穷大。再一个这个开关应该是一个受控开关，而且受控信号应该是从单片机发出来的。单片机发出来的信号肯定是非常微弱的。那么结合上述两点，这个开关应该是一个电子开关。我们熟悉的电子开关，主要有两个，一个是三极管，一个是MOS管。三极管和MOS管的一个主要区别是MOS管导通的Rdson更低，可以通过更大的电流。但是整体上相对来说，价格更高一些。我们这里使用三极管就够了，一般三极管Ice可以轻松达到100mA。三级饱和导通的时候，Vce是0.3V，这样三极管的功耗才有0.03W，SOT23封装的三极管可以轻松搞定。

思路理顺了之后，我们来看一下驱动电路是如何进行设计的。

T1这个三极管就是我们刚才提到的开关管，M点连接到单片机的引脚，当M点的电位为高的时候，三极管T1就开通了，饱和导通的时候T1的Rce很小，那么从+12V这条回路的内阻完全有继电器来决定，从规格书上可以看出来，这个内阻在240R,那么流过继电器的电流是12V/240R = 50mA，也就达到了我们的设计目的。D4这个管子起到什么作用呢？它主要是续流的时候，起作用。继电器在关断的时候，内部的线圈必须有续流回路。如果没有续流回路，就会产生严重的dv/dt，也就是线圈两端会产生尖峰电压，可能就会把三极管的CE端击穿。整体上也就是说，电感的能量是以电流来维持的，电流是必须要有回路才能存在。不管怎么说，能量都是不可以突变的。我们就得想办法给继电器的电感提供一个续流回路。最上面的两个电容，大电容主要是稳压的作用，相等于能量资源池，进一步降低了电源端的阻抗；小电容，主要是滤波作用。这个是电容的基本工作原理。

分析完了继电器的驱动电路，我们来看一下温湿度检测的电路设计，温湿度检测这块，我们使用的是SHT20这块芯片，这个芯片大概的样子如下图所示。

这个芯片内部有一个I2C的通信模块，单片机和这个芯片之间可以通过I2C协议进行通信。关于I2C通信的协议，大家可以自己去搜索一下，它就是一个同步通信协议，和SPI类似。只不过它的寻址是靠地址码来实现的，SPI通信模块，则是通过片选线来实现的。具体指令类型，可以参见它的datasheet说明。

如果我们自己用GPIO口来模拟I2C通信时序，一定要严格按照它的通信要求来，这里一个是命令格式，一个是通信速率相关的设定，比如通信的频率最高是400Khz，SCL和SDA的高是多长时间等等，这些都要符合规定，这样才能通信成功。

我们以湿度测量来举例，看看它的通信过程是一个什么样子的。SCL时钟信号时钟由主机控制，SDA绿实线为主机发送数据，SDA绿虚线为从机发送数据。具体的操作说明，可以从截图中就看出来，我这里就不再进一步解释了。

第一步，发送湿度测量指令。

第二步，读取测量到的温湿度数据。

因为这个模块完全是数字接口，内部的温度检测部分的模拟电路，我们也不用管，所以实现起来相对比较简单。我们又不需要进行芯片设计，只是去使用它，所以考虑问题也不需要那么复杂。但是I2C协议的实现是建立在开关器件是开漏输出的前提下的，所以SCL和SDA这两条线都需要上拉电阻。

关于物联网开发板原理图的设计，我们就先到这里。