Pengetahuan

IO Isolation Board (Arduino/ATmega328) - Bagaimana ia dirancang untuk keselamatan?

Pasukan jurutera Inspektion · Diterbitkan 7 September 2026 · Kemas kini terakhir 18 Oktober 2026

Disusun semula daripada artikel asal, pertama kali diterbitkan Mei 2025

Board pemisah I/O membantu memisahkan rangkaian mikrokontroler daripada isyarat lapangan dengan menggunakan optokopter dan relay solid-state. Ia memerlukan pemeriksaan koordinat dan rancangan rangkaian.

Papan pengasingan isyarat I/O prototaip pada latar belakang putih

Imej: Inspektion

Ringkasan

Papan pengasingan isyarat I/O bertindak sebagai perantara antara pengawal mikro voltan rendah (5V) dengan beban elektrik voltan tinggi atau arus tinggi
Menggunakan optocoupler (PC817) untuk mengasingkan bumi secara elektrik antara litar kawalan dengan litar kuasa. Ini membantu mengasingkan litar isyarat, manakala perlindungan lonjakan kuasa memerlukan reka bentuk peranti perlindungan tambahan
Menggunakan geganti keadaan pepejal (SSR) dan bukannya geganti mekanikal biasa, membolehkan pensuisan yang pantas dan senyap serta jangka hayat yang lebih panjang
Reka bentuk sistem bekalan kuasa dua peringkat (LM2596 + LM7805) untuk mendapatkan bekalan 5V yang stabil bagi pengawal mikro

Apakah papan pengasingan isyarat I/O?

Papan pengasingan isyarat I/O (I/O Isolation Board) ialah litar yang bertindak sebagai perantara antara pengawal mikro yang menggunakan voltan rendah dan mudah rosak (seperti ATmega328) dengan beban luaran yang mempunyai voltan tinggi, arus tinggi atau hingar elektrik yang tinggi, bagi menghalang kerosakan dari sisi beban daripada kembali memusnahkan litar kawalan.

Komponen utama papan

Pengawal mikro ATmega328

Merupakan pengawal mikro 8 bit berseni bina AVR RISC dengan 23 pin isyarat I/O (8 pin digunakan untuk mengawal geganti keadaan pepejal), memori kilat 32KB dan SRAM 2KB. Beroperasi pada voltan 5V, yang sesuai untuk kerja Arduino umum.

Optocoupler PC817

Spesifikasi	Nilai
Voltan pengasingan bumi (Isolation)	2.5 kVrms (sesetengah model 5 kVrms)
Susutan voltan merentasi LED	Kira-kira 1.25V
Voltan pengumpul-pemancar maksimum	80V
Arus pengumpul maksimum	50mA
Kelajuan pensuisan	Kira-kira 18 mikrosaat
pakej	DIP 4 pin

Perintang pengehad arus 220Ω mengehadkan arus LED pada kira-kira 17mA daripada sumber bekalan 5V

Geganti keadaan pepejal (SSR)

Dikawal dengan voltan 3–32V DC, arus kawalan rendah kira-kira 5mA
Pilih SSR yang sepadan dengan jenis beban AC atau DC dan kadaran arus model berkenaan
Terdapat jenis Zero-crossing, Instant-on dan DC switching
Kelebihan: beroperasi secara senyap, pensuisan pantas dan jangka hayat lebih panjang berbanding geganti mekanikal, tetapi memerlukan sink haba apabila digunakan pada arus tinggi

Sistem bekalan kuasa dua peringkat

Menggunakan LM2596 (penukar kuasa jenis Buck) yang menerima voltan masukan 4.5–40V untuk menurunkan voltan terlebih dahulu, kemudian disambungkan kepada LM7805 (pengatur voltan linear) bagi mendapatkan bekalan 5V yang stabil dan rendah hingar untuk litar digital yang sensitif terhadap turun naik voltan [1] [2]

Di mana boleh digunakan?

Sistem automasi di kilang — menyambungkan isyarat penderia kepada peralatan kawalan kuasa tinggi
Sistem automasi rumah dan kawalan motor
Sistem penyaman udara (HVAC) dan peralatan ujian dan pengukuran

Contoh kerja sebenar kami

Kerja penyambungan peranti medan memerlukan litar yang dipilih sepadan dengan isyarat dan beban. Baca maklumat InSensor (papan X1) dan lihat contoh kerja perkakasan dan perisian terbenam dalam mesin pemeriksaan kelim tin DSIS. Contoh-contoh ini tidak mengesahkan bahawa papan atau litar yang digunakan adalah sama dengan artikel ini.

Soalan Sering Ditanya

Adakah optocoupler perlu digunakan setiap kali?

Sebaiknya digunakan apabila litar kawalan perlu disambungkan kepada beban yang mempunyai voltan tinggi, arus tinggi atau hingar elektrik yang tinggi, bagi mengelakkan kerosakan kembali ke pengawal mikro.

Apakah perbezaan SSR dengan geganti mekanikal biasa?

SSR menggunakan suis semikonduktor dan bukannya sesentuh mekanikal, menjadikannya beroperasi secara senyap, lebih pantas dan tiada kehausan akibat pensuisan berulang, tetapi memerlukan penyejukan yang baik apabila menggunakan arus tinggi.

Bolehkah papan seperti ini menambah bilangan saluran isyarat?

Papan asas biasanya direka bentuk secara tetap mengikut bilangan pin I/O pengawal mikro. Jika perlu menambah saluran isyarat, gunakan I/O Expander atau tukar kepada model pengawal mikro yang mempunyai lebih banyak pin.