在 Arduino 專案中，我們經常需要控制高電壓設備，例如燈泡、風扇、電磁閥或其他家用電器。然而，Arduino 本身只能輸出 5V 低電壓訊號，無法直接驅動 110V 或 220V 的電器。這時候，繼電器（Relay） 就成為不可或缺的元件。
繼電器是一種電子開關，能夠透過 Arduino 的低電壓訊號，來控制高電壓電器的開關。這讓我們能夠使用 Arduino 進行 智慧家居、自動控制、遠端開關 等應用。無論是控制家裡的燈光，還是打造 DIY 智能電器，繼電器都是最簡單且安全的解決方案。
本教學你將學到什麼？
本篇教學適合 Arduino 新手 或 想學習繼電器控制 的讀者，我們將一步步介紹：
- 繼電器的工作原理與種類
- 如何將繼電器模組接線到 Arduino（含電路圖）
- Arduino 控制繼電器的完整程式碼
- 常見錯誤與解決方法
- 應用案例：智慧家居、風扇開關、自動化控制
為什麼要學習 Arduino 繼電器？
學習如何使用 Arduino 控制繼電器，不僅能提升你的電子技能，也能為你的專案開啟更多可能性。例如：
- 智慧家居自動化（例如使用感測器來自動開關風扇）
- 省電應用（讓設備根據時間或環境變化自動運作）
接下來，我們將從 繼電器的基本原理 開始，帶你一步步學會如何使用 Arduino 輕鬆控制高電壓設備！
繼電器（Relay）是一種電磁開關，它透過低電壓電流來控制高電壓設備的開關。其內部主要由電磁線圈、可動觸點、靜態觸點組成。當線圈通電時，會產生磁場吸引可動觸點，使其與靜態觸點接觸，從而導通電路；當線圈斷電時，磁場消失，觸點恢復斷開狀態。這種機制讓微控制器（如 Arduino）能夠安全地控制大功率裝置，如燈泡、風扇、馬達等。
繼電器的種類
根據不同的設計與應用需求，繼電器可分為以下幾種：
- 機械式繼電器（Electromechanical Relay, EMR）：
透過電磁線圈驅動物理觸點開關，適用於家電控制、工業自動化等。
- 固態繼電器（SSR）（Solid State Relay）：
利用電子元件（如光耦合器）進行開關控制，無機械接點，壽命長且反應速度快，適用於高速開關的應用。
- 單刀單擲（SPST）/ 單刀雙擲（SPDT）繼電器：
SPST（Single Pole Single Throw）：只有一組開關，簡單開關電路。
SPDT（Single Pole Double Throw）：一進兩出的開關，可切換兩個電路。
- 多通道繼電器模組：
市面上常見的 1 路、2 路、4 路、8 路繼電器模組，可同時控制多個設備，適合 Arduino 應用。
實驗準備材料
- Arduino UNO x 1
- 二路 5V Relay(繼電器) x 1
- LED燈 x 2
- 220Ω電阻 x 2
- 麵包板 x 1
- 杜邦線 x 數條
＊注意事項：Arduino UNO Pin腳輸出電壓值為5V，避免在購買Relay時，選錯驅動電壓，分享這優良店家連結，方便大家購買材料，連結如下：
如何將繼電器模組接線到 Arduino（含電路圖）
我們將以大家熟悉的 Arduino LED 閃爍（LED Blinking）作為示範。雖然 LED 閃爍可直接由 Arduino 的數位腳位驅動，但由於這通常是初學者接觸 Arduino 的第一個實作範例，因此能幫助理解開關動作的原理。在此，我們將使用繼電器來取代 Arduino 腳位的開關功能，透過兩者的對應關係，使概念更直觀易懂。
- 繼電器輸入端接腳：
VCC—接電源
GND—接地
IN—接Arduino Pin腳
- 繼電器輸出端接腳：
NO (Normally Open)—常開（電路一般是不導通）
COM (Common)—表示共接點
NC (Normally Close)—常閉(電路一般是導通)
此處使用繼電器的常開（NO，Normally Open）端來控制 LED 電源。因此，啟動時 LED 預設為熄滅，當 Arduino Pin 輸出 HIGH 訊號後，繼電器閉合，LED 才會亮起。
接線圖請參考底下：
繼電器（Relay）作動原理：
繼電器（Relay）是一種電磁開關，透過低電壓訊號來控制高電壓電路。內部由電磁線圈、可動觸點、靜態觸點組成。當線圈通電時，會產生磁場吸引可動觸點，使電路導通；當線圈斷電時，磁場消失，觸點恢復斷開狀態。
下圖取自維基百科，示意 Arduino 控制繼電器線圈通電，從而觸發輸出端的開關動作。
Arduino 控制繼電器的完整程式碼
int relay1 = 5;
int relay2 = 8;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(relay1, OUTPUT);
pinMode(relay2, OUTPUT);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite(relay1, HIGH);
digitalWrite(relay2, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(relay1, LOW);
digitalWrite(relay2, HIGH);
delay(1000);
}
在程式中，我們使用 Arduino 的 Pin 5 和 Pin 8 作為輸出。當 relay1 = HIGH 時，繼電器閉合，電源接通，LED 亮起；反之，當 relay2 = LOW 時，繼電器斷開，LED 熄滅。
在底下影片中，可以聽到繼電器吸磁和脫磁的彈片聲音，像是按家裏牆壁上開關一樣。
Arduino 控制繼電器的 5 大常見錯誤與解決方法
- 繼電器無法觸發（無反應）
- 可能原因：Arduino 提供的訊號電壓不足（部分繼電器模組需要 5V 訊號，但 Arduino 可能輸出3V）。
- 解決方法：確認繼電器的驅動電壓，若需要 5V，請使用 Arduino Uno（5V 輸出） 或加裝 電位提升模組。
- 繼電器一直吸合（無法關閉）
- 可能原因：程式碼設定錯誤，或繼電器模組的 低電平觸發（LOW Trigger） 沒有正確考慮。
- 解決方法：檢查程式碼，若是 LOW 觸發繼電器，請使用 digitalWrite(pin, LOW); 來啟動，digitalWrite(pin, HIGH); 來關閉。
- 繼電器開關時，Arduino 重新啟動
- 可能原因：繼電器開關時產生電磁干擾（EMI），影響 Arduino 電路穩定性。
- 決方法：使用獨立電源 供應繼電器模組，不要與 Arduino 共用同一電源。加裝二極體（如 1N4007） 在繼電器線圈兩端，吸收反向電流。
- 繼電器作動，但無法控制電器
- 可能原因：繼電器的觸點接線錯誤，或電器需要更高功率。
- 解決方法：確認繼電器的 COM（公共端）、NO（常開端）、NC（常閉端） 是否正確接線。檢查電器的功率是否超過繼電器的負載能力（如 10A/250V）。
- 繼電器開關時，出現噪音或抖動
- 可能原因：供電電壓不穩定，或 Arduino 訊號不乾淨。
- 解決方法：確保電源穩定，可加裝 電解電容（如 1000µF） 過濾雜訊。若使用機械式繼電器，可改用 固態繼電器（SSR） 減少抖動與噪音。
應用案例：智慧家居、風扇開關、自動化控制
我們將製作一個電源插座，一側為 Arduino UNO 供電，另一側則連接繼電器，如下圖所示。
如果你對這個電源插座的製作過程感興趣，歡迎留言告訴我，我會準備一篇詳細的教學與大家分享！
這是一顆單通道繼電器，我們將其 IN 腳位連接至 Arduino UNO 的 Pin 8。當程式上傳至 Arduino UNO 後，使用 9V 電源適配器供電，而非 USB 供電，以便控制 110V 家電或其他裝置。我也會分享兩種測試裝置，供大家參考！
結語
透過本篇教學，你已經學會了 繼電器的工作原理、接線方法、Arduino 控制技巧，以及常見錯誤的解決方案。繼電器讓 Arduino 可以安全地控制高電壓設備，為智慧家居、自動化設備、遠端控制等應用開啟更多可能性。
在實作時，請務必確認電壓與電流匹配，確保接線正確，並使用適當的保護元件（如二極體與濾波電容），以提升系統穩定性。
現在，你可以開始你的第一個 Arduino 繼電器專案，例如 遠端開關燈光、定時控制風扇 或 自動化設備！希望這篇文章對你有幫助，歡迎分享你的成果，讓更多人一起學習 Arduino！