用 GPIO 和晶体管短接遥控器按钮

电器工程 晶体管 树莓派 GPIO
2022-01-22 23:05:48

电路原理图

我正在尝试使用 Raspberry Pi 的 GPIO 引脚来控制车库门遥控器。无需驱动继电器,只需短接遥控器上的按钮会容易得多。这是我应该怎么做的吗?我需要一个保护二极管吗?如果需要,它应该放在哪里?

3.3V GPIO 引脚参考与远程接地不同的接地(Raspberry Pi 接地)是否重要?

还将感谢有关晶体管使用和电阻值的指导。

更新; 来自 OP 评论的更多信息:检查后,您是对的,按钮只是将电路短路到 9V 电池的返回路径。我主要担心的是 3.3V 以 GND 为参考,而遥控器上的所有东西都是浮动的。

4个回答

为了消除任何意外的可能性,并且通常使事情变得更强大,我建议使用像4N25这样的光耦合器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

通过这种安排,您无需担心如何组合两个系统的单独接地,因为它们的接地根本没有连接。此外,如果任一端出现问题,光耦合器可能会将故障隔离到一侧,并且更换起来很便宜,而 Raspberry Pi 或车库遥控器则没有。

根据车库遥控器的具体情况,您可能需要添加另一个晶体管来处理额外的电流,因为 4N25 的绝对最大值为 50mA。Q1 是做到这一点的一种方法,您可以找到的通用 PNP 晶体管将在此应用中工作。这种由 Q1 和 4N25 的输出晶体管组成的排列称为Sziklai 对

此解决方案的一个潜在缺点是,当晶体管打开时,遥控器(此处由 U1 表示)将只能看到大约 \$8.2V\$,如果将这些晶体管替换为,它将看到完整的 \$9V\$一个机械开关。这是因为 Q1 的发射极-基极压降会损失 \$0.6V\$,而 4N25 的集电极-发射极压降会损失 \$0.2V\$。但是,我怀疑这在实践中会成为一个问题。

正确的想法,错误的执行。假设您的遥控器图是正确的(我无法验证并且可能有很多不同的配置),您想使用 PNP 晶体管。您展示的作为射极跟随器的 NPN 将不起作用,因为蓝色块只会看到 3.3V 数字电平减去 BE 下降。

这留下了如何打开 PNP 的问题。这是一个简单的方法:

当数字信号为高电平时,Q2 将下沉约 2.7 mA。计算 Q1 应该有至少 50 的增益,这将允许该模块绘制高达 130 mA 的电流,这可能比车库远程绘制要多得多。如果需要更多电流,相应地调整 R1。

但是,您真的确定按钮只是将电源应用于某些块吗?如果只有一个按钮,这可能是有道理的,但如果有两个按钮,例如打开和关闭,则可能是不正确的。我的第一个猜测是电源总是被施加并且按钮将一些线短路到地,尽管可能有很多不同的配置。

添加:

您现在说按钮不会打开设备的电源,而是将某些线短路到地。这更有意义。在这种情况下,该电路应该可以工作:

遥控器的地线和电脑的地线需要绑在一起,但是没有问题。遥控器是一个单独的隔离设备,因此将其中一个节点绑定到某个外部参考没有任何问题。我看到其他人对此很重视,但那很愚蠢。在某些情况下,您希望像这样隔离开关,但是当设备本身像这种情况一样任意浮动时,添加隔离只是一种下意识的反应或满足宗教信仰。

您的电路背后的想法很好,实施需要一些改进:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

你有两个选择,我最喜欢左边的电路:

  • :短路开关并将NPN晶体管移至电池的低端。这是从微控制器控制负载的最常见方式。RPi 的地和遥控器的地是共享的。
  • :如果您真的想使用按钮的触点,这在机械上可能更容易实现,那么您需要一个PNP晶体管,并且您希望 RPi 的 Vcc 和遥控器的 Vcc 互连。如果 RPi 有板载电压调节器,这可能会很棘手。这里需要 RPi 的 3V3 供电轨。同样出于这个原因,我会选择左边;它更健壮,更易于实现。实际上,我也比正确的电路更喜欢Olin 的解决方案。

任何便宜的通用小信号晶体管都可以工作。

  • 对于左 NPN,例如:BC547、BC548、2N3904、...
  • 对于右 PNP,例如:BC557、BC558、2N3906...

真的有很多很多可供选择。根据您的地理位置,其他零件编号可能更常见。只需走进一家商店并要求提供与上述相同的产品即可。

  • \$\text{h}_\text{FE}\$ 或 \$\beta\$ > 100

  • \$\text{V}_\text{CE,max} > 15\text{V}\$

  • \$\text{I}_\text{C,max} > 100\text{mA}\$
  • 我猜你想要一个TO-92封装,它相当容易试验。
  • 每件出售时在普通商店中显示价格?根据地理位置,我会再次说 0.20 欧元。

电阻器几乎可以是 1kΩ-10kΩ\$ 和 250mW 碳膜或更好的任何东西。与常规零售中的晶体管价格相似。

首先,是的,如果您使用像晶体管这样的直接电流连接,则需要将接地连接在一起。光耦合器可能更安全。

二、为什么要担心遥控器?车库门开启器应该有一个手动触发器,它只是电线上的一个普通按钮。你可以用一个晶体管来驱动它,或者用一个小继电器来驱动,然后用晶体管或光耦合器来驱动。