如何在数字Arduino引脚上使用12 V输入？

我正在使用Arduino Uno microcrontroller为12 V系统创建控制器。对于输出，我使用继电器屏蔽来切换12 V组件。我有一个12 V拨动开关，可以打开系统中的一些12 V组件，我想使用同一开关的触发信号发送到Arduino数字输入。我知道Arduino最多只能处理5 V电压。将来自开关的12 V降压至5 V输入的最佳方法是什么？

编辑：该系统用于汽车。是否需要以某种方式降低汽车电池的电流强度，以免炸毁组件？

好消息！这将很便宜！:-)

一个简单的电阻分压器会将Arduino可以消化的12 V电压降至5V。输出电压可以计算为

$V_{OUT} = \dfrac{R2}{R1+R2} V_{IN}$

电阻值在10kΩ的范围内是一个不错的选择。如果您的R2为10kΩ，则R1应该为14kΩ。现在14kΩ不是标准值，而是15kΩ。您的输入电压将是4.8 V而不是5 V，但是Arduino仍将其视为高电平。如果12 V的电压过高，您还有一点裕量。即使18kΩ仍会为您提供足够高的4.3 V，但随后您必须开始考虑12 V有点太低。电压仍会被视为高吗？我会坚持使用15kΩ。

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您提到了汽车环境，那么您确实需要一些额外的保护。汽车的12 V永远不会是12 V，但大多数时候会更高，峰值比标称12 V高几伏。（实际上标称值更像是12.9 V，每个电池为2.15V。）您可以放置​​5 V齐纳二极管二极管与R2并联，这将切断高于齐纳二极管5 V的任何电压。但是，齐纳电压会随电流而变化，并且在低输入电流时，电阻器为您提供的电阻将在较低电压下截止。更好的解决方案是在Arduino的输入和5 V电源之间安装一个肖特基二极管。然后，任何高于5.2 V的输入电压都会使肖特基二极管导通，并且输入电压将被限制在5.2V。为此，您确实需要一个肖特基二极管，一个普通的PN二极管为0。

更好的
迈克尔的光耦合器是一个很好的选择，尽管价格稍贵。通常，您将使用光耦合器将输入与输出隔离，但是您也可以在此处使用它来保护输入。

工作原理：输入电流点亮内部红外LED，这会导致通过光电晶体管的输出电流。输入电流和输出电流之间的比率称为CTR，即“电流传输比率”。所述CNY17具有最少40％的点击率，则需要4毫安输出10毫安输入该装置。让我们选择10 mA输入。那么R1应该是（12 V-1.5 V）/ 10 mA = 1kΩ。输出电阻必须在4 mA处产生5 V的压降，然后应为5 V / 4 mA = 1250Ω。最好有一个更高的值，反正电压降不会超过5V。4.7kΩ会将电流限制为约1 mA。

Vcc是Arduino的5 V电源，Vout用于Arduino的输入。请注意，输入将被反相：如果存在12 V，它将为低电平，否则将为高电平。如果您不希望这样做，则可以交换光耦合器输出和上拉电阻的位置。

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光耦合器解决方案如何解决过电压问题？电阻分压器是成比例的：输出电压是输入的固定比率。如果您在12 V输入下计算出5 V输出，那么24 V输入将给出10 V输出。不好，因此是保护二极管。

在光耦合器电路中，您可以看到连接到Arduino输入引脚的右侧根本没有任何高于5 V的电压。如果光耦合器导通，则晶体管将汲取电流，在上述示例中，我使用了4 mA。根据欧姆定律（电流乘以电阻=电压），1.2kΩ会导致4.8 V电压降。然后，电阻两端的输出电压将为5 V（Vcc）-4.8 V = 0.2 V，这是一个低电平。如果电流较低，则电压降也将较小，并且输出电压将上升。例如，1 mA电流将导致1.2 V压降，输出将为5 V-1.2 V = 3.8V。最小电流为零。然后，电阻两端没有电压，输出将为5V。这是最大值，

如果输入电压过高怎么办？您不小心连接了24 V电池而不是12V。然后，LED电流将增加一倍，形成10 mA至20 mA。40％的点击率将导致8 mA输出电流，而不是计算出的4 mA。通过1.2kΩ电阻的8 mA压降为9.6V。但是用5 V电源供电将是负的，这是不可能的。您不能在这里低于0V。因此，尽管光耦合器非常希望汲取8 mA电流，但电阻会限制这一电流。通过它的最大电流是满5 V时的最大电流。这样，输出实际上将为0 V，电流为5 V / 1.2kΩ= 4.2 mA。因此，无论您使用哪种电源，输出电流都不会高于该值，并且电压将保持在0 V至5 V之间。不需要进一步的保护。

如果你希望过压你必须检查光耦的LED能够处理增加的电流，但20mA的不会是大多数光耦合器的一个问题（他们通常额定在50 mA以下），而且，这对双输入电压，可能不会发生IRL。

隔离12V开关信号的一种好方法是将其通过光电耦合器。该电路的配置类似于以下内容。

图中的Vi代表电路中由开关（S1）切换的12V。选择R1可将通过光耦合器D1部分的电流限制在所选组件额定值范围内的水平。

光耦合器并不是世界上最快的组件，尤其是最便宜的组件，但是对于动作缓慢的情况（例如人为控制的开关），耦合器的速度几乎没有关系。

您还可以使用二极管和电阻器，如下所示：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

我会让电阻变得相当坚硬，否则您将从该电路中吸收大量功率。该电路的优点（与分压器相比）在于，它并不关心您的原始电压是12V，14V还是15V：它将为5V（取决于二极管，实际上为5.2-5.3V），无论输入电压。

为了实现电压独立性，请使用电阻器调节电流，并使用齐纳二极管调节电压，如下所示：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

使用30k电阻器，它将输出4.99V，在12Vin时仅使用约234uA。
在这种情况下：
R1消耗234uA x（12V-4.99V）= 1.64mW
D1消耗234uA x 4.99V = 1.17mW

总功耗：2.81mW（输入高时）

有点晚了，但是在我的车上我使用了LM7805。效果很好，价格便宜。