作者： Bill Schweber

系統集成面臨諸多挑戰，連接現有子系統與新的或不同子系統便是其一。有時，當兩側子系統的輸入/輸出特性均為已知標準特性時，電平位移器/轉換器 IC（如 [Texas Instruments]的 [SN74AUP1T57DCKR]）就能在其輸入和輸出端適應不同的數字信號電平，從而輕松解決該問題（圖 1）。

圖 1：當兩個接口都是標準且定義明確的接口時，現成即用的 IC（例如 SN74AUP1T57DCKR）可以快速輕松地解決問題。（圖片來源：Texas Instruments）

但在許多情況下，新舊系統互連并不容易實現。通常，接口一側或兩側的特性并不清楚或定義不明確，因而無法使用標準元器件。

我在兩種不同場合都遇到過這個問題。借助已有近 200 年歷史的機電繼電器 (EMR) 的現代版本，我可以輕松解決每種情況下出現的問題。EMR 發明于 1835 年左右，人們普遍認為要歸功于美國科學家 Joseph Henry。

盡管與光耦合器或固態繼電器 (SSR) 相比，這種繼電器似乎有些過時，但很多時候，它們的“傳統”優點非常有用。這類繼電器每年的銷售量數以億計；雖然許多用于替換，但也有很大一部分用于新設計。

繼電器大致分為三類：接觸電流低于 2 A 的小信號器件、電流較大的功率繼電器和射頻 (RF) 繼電器。射頻繼電器通常處理兆赫和千兆赫范圍內的小信號。此外，還有其他同類產品，如音頻繼電器和用于自動測試設備 (ATE) 的磁簧繼電器。另外，繼電器還具有多種觸點配置，從基礎的單刀單擲 (SPST) 版本，到具有多個觸點的單元。

老實說：我非常喜歡 EMR，原因有很多：

• 堅固且可靠。
• 能提供近乎完美的電（歐姆）隔離。
• 輸入和輸出電流/額定電壓基本獨立。
• 線圈和觸點的額定值范圍廣。
• 一般具有兼容的插口引腳布局版本，簡化了接線和調試。
• 通常有多個常開 (NO)/常閉 (NC) 觸點，事實證明很有用。
• 通過電樞位置提供可視化指示，直觀顯示通電狀態。
• 打開或關閉時，會發出清晰的“咔噠”聲。

簡而言之，這類繼電器能夠輕松、靈活且巧妙地解決問題。在可靠性方面，優質的繼電器若按規格工作，可以持續開關數百萬次和使用數十年。

我的情況相對簡單，因為我處理的“信號”是觸點閉合，有時也稱為“干觸點”，在這種情況下，驅動系統只希望實現兩根電線之間的基本連通。下面來看看我的問題以及如何利用簡單的繼電器解決每個問題。

第一項挑戰：升級供熱控制系統

我“自愿”幫助一位朋友將一個僅供熱系統的控制裝置從基本、功能正常、老式、帶有簡單溫度驅動開/關功能的溫控器升級為更復雜、更智能、支持 Wi-Fi 的裝置。舊版溫度控制器類似于 [Honeywell]的經典 T87F。T87F 于 20 世紀 60 年代初推出，雖然現已停售，但已安裝數百萬臺，而且由于具備極其可靠的雙金屬隔熱片和密閉式水銀開關，許多仍在服役中。

我看了一眼現有的溫控器，發現它只有兩根電線，所以我想，“這能有多難？”特別是其輸出動作是簡單的觸點閉合。事實證明，情況并非如此。根據智能溫控器說明文檔，從兩線裝置升級為新版更智能的三線裝置時有很多可能的配置和接線選項。

首先，新版溫控器需要通過 24 VAC 變壓器供電，因此暖通空調 (HVAC) 控制器與溫控器之間需要額外的引線。幸運的是，第三條未使用的引線已經有了（謝謝你，不管是誰干的！）所以，這部分不是問題。

有很多方法將新版三線系統連接到現有的兩線觸點閉合開關，這取決于系統控制器（在我說的例子中，還相當新）的供應商，是僅用于供熱還是供熱加制冷，以及想如何處理新版溫控器與現有控制器的電氣隔離。

有一種選擇是光隔離器或 SSR，但我不確定電壓和電流水平，或者“開啟”的 SSR 輸出端是否足夠像真正的觸點閉合，因為 SSR 輸出端有微小的電壓降。更簡單、更省心的選擇是使用類似于 [IDEC][RY2S-UAC24V] 的繼電器進行隔離。這款通用型雙刀雙擲 (DPDT) 繼電器在基本轉換/隔離電路中有一個 24 VAC 線圈和 3 A 觸點（圖 3）。顯然，在這種情況下，開關速度不是問題。

圖 3：我在將現代化智能溫控器與新型、簡單的雙線供熱系統控制器連接時遇到了問題，但通過帶有 24 VAC 線圈的繼電器得到了解決。（圖片來源：Bill Schweber）

好消息是一切都很順利，第一次！沒有比這更好的了。

第二項挑戰：將安防系統撥號器從固定電話升級為手機

另一位朋友請我幫忙將家庭安防系統中現已過時的固定電話撥號器更換為現代無線蜂窩設備。由于簡單的兩線閉合即可觸發舊設備和新設備，我希望可以直接替換；但事實并非如此。

以前的撥號器觸發需要從“開啟”觸點對轉換為“閉合”觸點對，而根據新撥號器說明書，觸發需要從接地轉換為“開路”。不幸的是，“開路”一詞有時會產生歧義：是意味著“浮動”（真正開路），還是只需通過開路集電極輸出斷開線路？

更為棘手的是，在有關驅動撥號器的報警控制單元輸出引腳的說明文檔中，未明確注明引腳的電氣性質：可能是開路集電極結構，也可能不是。因此，我不能確定控制單元的輸出是否至少可能與撥號器的輸入需求電氣兼容。

經過思考，我把問題歸結為：我擁有一個從高到低、結構不清晰的輸出端，而我想要一個看起來像是從接地到開路的直流信號。

同樣地，利用 EMR 來解決問題。在這種情況下，帶有 5 VDC 線圈和 1 A 觸點的類似于 [KEMET][UA2-5NU]的通用型 DPDT 繼電器，似乎是解決這些問題的靈活、無風險的方法。我將線圈連接在供電軌和控制單元的有源輸出端之間，然后在 NC 模式下使用未通電繼電器觸點將撥號器的輸入端真正接地（圖 4）。當控制單元的輸出變為低電平（下拉）時，線圈通電，打開常閉繼電器觸點并為撥號器輸入提供真正的開路。

圖 4：低壓直流繼電器完成了報警系統觸發器不明確的輸出與新無線撥號器之間的轉換和信號變換。（圖片來源：Bill Schweber）

問題解決了！該繼電器既可用作電平位移器，又可用作信號變換器，同時還可提供電流隔離。

結語

這兩種 EMR 解決方案都能輕松巧妙且高效地解決問題。有什么不滿意的嗎？經驗告訴我們，要毫不猶豫地選擇久經考驗的元器件，因為這些元器件簡單、功能多樣且靈活。至于我，我會繼續自愿提供幫助；我無法預測會遇到什么問題，有時候問題會令人沮喪，但終會得到解決。

審核編輯 黃宇