0. 前言

        该项目是基于stm32F103和指纹模块做了一个通过指纹锁控制电动车的小工具。支持添加指纹、删除指纹，电动车进入P档等待时计时，计时超过5min则自动锁车，计时过程中按刹车可中断P档状态，同时中断锁车计时。改项目我称之为“芝麻”，取自芝麻开门（明明是车，哪里来的“门”，因为插钥匙的地方被修车师傅称之为“电门锁”）。

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1. 目标

        通过本文的讲解，了解如何通过STM32F103控制继电器。

2. 电路原理

        在这个电路图中，电源开关相关的部分包括一个电源开关、一个三极管Q1、一个二极管D2和一个继电器K1。当电源开关打开时，电源电压（PWR_5V）将通过电源开关连接到三极管Q1的基极，使三极管Q1导通。此时，三极管Q1的集电极电压降低，使得2N7002的栅极电压升高，从而使2N7002导通，继电器线圈得到供电，继电器K1吸合。继电器K1的常开触点闭合，电源或大灯接通。

        当电源开关关闭时，电源电压（PWR_5V）不再通过电源开关连接到三极管Q1的基极，三极管Q1截止。此时，三极管Q1的集电极电压升高，使得2N7002的栅极电压降低，从而使2N7002截止，继电器线圈失去供电，继电器K1释放。继电器K1的常开触点断开，电源或大灯断开。

        因此，当电源开关打开时（POW_OF为高电平），电路处于工作状态，电源或大灯接通；当电源开关关闭时（POW_OF为低电平），电路处于停止状态，电源或大灯断开。

3. 元器件选型

3.1 继电器

        选用宏发继电器（数据手册：链接）考虑了这几个因素：

1）额定电压和电流：继电器的额定电压和电流应与实际应用中的电源电压和负载电流相匹配。HF46F5H是一种直流继电器，其出点负载在5A电流下最大能够接入30V直流电压，也就是150W，而我们的使用场景是<60V，<2A，负载总功率满足低于150W，满足要求。

2）尺寸：HF46F5H继电器是一种超小型中功率继电器，其宽度只有7.2mm，便于在电路板上进行布局和安装。

3）价格：能接入相同功率负载的继电器当中，宏发继电器价格相对实惠，我采购的继电器价格为￥1.68. 

4）线圈电压：也就是控制继电器开合的电压，结合专栏的前几篇文章，我们知道我们的电源电路中只有50+V、3.3V和5V，所以这里我们选用5V控制的型号，即HF46F5H。

3.2 光耦 

        EL3H7光耦数据手册地址：链接。光耦的模型可以参考下图，我们很容易得知，当电源开关打开时，电源电压（PWR_5V）通过电源开关连接到EL3H7的发光二极管的阳极，使发光二极管发光。发光二极管发出的光线照射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。光敏三极管的输出端连接到三极管Q1的基极，使三极管Q1导通。三极管Q1的集电极电压降低，使得2N7002的栅极电压升高，从而使2N7002导通，继电器线圈得到供电，继电器K1吸合。

3.3 NMOS

        在这个电路图中，2N7002是一个N沟道MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）。它的作用是作为开关元件，控制电流的通断。NMOS的基本工作原理是利用电压控制电流流动的方式工作。当栅极和源极之间存在正向电压差时，N沟道MOSFET的源极和漏极之间的通道会被打开，允许电流从源极流向漏极。当栅极和源极之间不存在正向电压差时，N沟道MOSFET的源极和漏极之间的通道会被关闭，阻止电流从源极流向漏极。

   具体来说，当POW_LIGHT为低电平时，光耦中的二极管有电流通过，发光使光耦中的三极管导通，此时R8电阻两端就会有一个5V的电压。此时2N7002的栅极电压升高至5V，从而使2N7002导通，继电器线圈得到供电，继电器吸合。相反，POW_LIGHT为高电平时，使得2N7002的栅极电压降低，从而使2N7002截止，继电器线圈失去供电，继电器释放。

3.4 二极管

        在这个电路图中，二极管D2和D3的作用是防止继电器在断电时产生的反向电动势对电路造成损害。当继电器线圈断电时，由于线圈内部的电磁能突然释放，会产生一个反向电动势。这个电动势可能会对电路中的其他元件产生冲击，导致损坏。

        二极管D2和D3在这里起到了保护作用。它们被反向连接在继电器线圈的两端，当继电器线圈断电时，反向电动势会通过二极管D2和D3放电，而不是直接回到电源。这样可以避免反向电动势对电路中的其他元件造成冲击，保护电路的安全和稳定性。

X. 附录

1. NMOS和NPN型三极管是不是同一个东西？

        N沟道MOSFET和NPN型三极管是两种不同类型的电子元件。N沟道MOSFET是一种场效应晶体管，它利用电压控制电流流动的方式工作。它的结构主要包括三个区域：源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。其中，源极和漏极之间形成通道，而栅极则用来控制源极和漏极之间的通道是否导通。

        NPN型三极管是一种双极结型晶体管，它使用电流控制电流流动的方式工作。它的结构主要包括三个区域：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。其中，发射极和集电极之间形成通道，而基极则用来控制发射极和集电极之间的通道是否导通。这两种电子元件虽然都属于晶体管，但它们的工作原理和结构都有所不同。

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