Vaihekulmaohjaus himmentimille ja moottorin nopeuden säätö 555 ajastimella ja pwm-signaalilla

Kotiautomaatiojärjestelmät ovat saamassa yhä enemmän suosiota päivittäin, ja nykyään tiettyjen laitteiden kytkeminen päälle ja pois päältä on helppoa käyttämällä yksinkertaista ohjausmekanismia, kuten rele tai kytkin, olemme aiemmin rakentaneet monia Arduino-pohjaisia ​​koti-automaatioprojekteja releiden avulla. Mutta on monia kodinkoneita, jotka vaativat tämän verkkovirran hallintaa sen sijaan, että vain kytkeisivät päälle tai pois. Mene nyt vaihtovirtakulman ohjauksen maailmaan , se on yksinkertainen tekniikka, jonka avulla voit hallita vaihtovirtakulman kulmaa. Tämä tarkoittaa sitä, että voit säätää kattotuulettimen tai muun vaihtovirtapuhaltimen nopeutta tai jopa säätää LED- tai hehkulampun voimakkuutta.

Vaikka se kuulostaa yksinkertaiselta, sen tosiasiallinen toteuttamisprosessi on hyvin vaikea, joten tässä artikkelissa aiomme rakentaa yksinkertaisen vaihtovirtakulman ohjauspiirin 555-ajastimen avulla, ja lopulta käytämme Arduinoa generoida yksinkertainen PWM-signaali hehkulampun voimakkuuden säätämiseksi. Kuten voit nyt selvästi kuvitella, tällä piirillä voit rakentaa yksinkertaisen kodin automaatiojärjestelmän, jossa voit ohjata tuuletinta ja Ac-valon himmentimiä yhdellä Arduinolla.

Mikä on AC-vaihekulman hallinta ja miten se toimii?

Vaiheen vaihekulman hallinta on menetelmä, jolla voimme hallita tai pilkoa AC-siniaaltoa. Liipaisukulman kytkinlaitteen on vaihteli jälkeen nolla-rajan havaitsemiseksi, jolloin keskimääräinen lähtöjännite, joka muuttuu suhteessa kanssa muunnettu siniaalto, kuva alla kuvataan lisää.

Kuten näette, ensin on AC-tulosignaalimme. Seuraavaksi meillä on nolla-ylityssignaali, joka tuottaa keskeytyksen 10 ms välein. Seuraavaksi meillä on portin liipaisusignaali, kun saamme liipaisusignaalin, odotamme tietyn ajan ennen liipaisupulssin antamista, mitä enemmän odotamme, sitä enemmän voimme vähentää keskimääräistä jännitettä ja päinvastoin. Keskustelemme aiheesta lisää myöhemmin artikkelissa.

Vaihekulman hallinnan haasteet

Ennen kuin katsomme kaavamaisia ​​ja kaikkia materiaalivaatimuksia, puhutaan joistakin ongelmista, jotka liittyvät tällaiseen piiriin, ja siitä, miten piirimme ratkaisee ne.

Tavoitteenamme on ohjata vaihtovirta-aaltosuunnan vaihekulmaa mikro-ohjaimen avulla kaikenlaiseen koti-automaatio-sovellukseen. Jos katsomme alla olevaa kuvaa, voit nähdä, että keltaisella on siniaalto ja vihreällä nollaristisignaalimme.

Voit nähdä, että nollaristisignaali tulee 10 ms välein, kun työskentelemme 50 Hz: n siniaallon kanssa. Mikrokontrollerissa se tuottaa keskeytyksen 10 ms välein. jos asetamme sen lisäksi jonkin muun koodin, toinen koodi ei välttämättä toimi keskeytymisen vuoksi. Koska tiedämme, että Intian linjataajuuskuulutus on 50 Hz, työskentelemme 50 Hz: n siniaallon kanssa, ja verkkovirran ohjaamiseksi meidän on kytkettävä TRIAC päälle ja pois päältä tietyssä ajassa. Tätä varten mikrokontrolleripohjainen vaihekulman ohjauspiiri käyttää nollan ylityssignaalia keskeytyksenä, mutta tämän menetelmän ongelmana on, että et voi käyttää mitään muuta koodia tahdistuskulman ohjauskoodin lisäksi, koska tavallaan se katkeaa silmukkasykli ja yksi näistä koodeista ei toimi.

Haluan selventää esimerkillä, oletetaan, että sinun on tehtävä projekti, jossa sinun on säädettävä hehkulampun kirkkautta, ja sinun on myös mitattava lämpötila samanaikaisesti. Hehkulampun kirkkauden säätämiseen tarvitaan vaihekulman säätöpiiri, ja sinun on myös luettava lämpötilatiedot sen mukana, jos tämä on skenaario, piiri ei toimi kunnolla, koska DHT22-anturi vie jonkin aikaa antaa lähtötiedot. Tänä ajanjaksona vaihekulman ohjauspiiri lakkaa toimimasta, ts. Jos olet määrittänyt sen kyselytilaan, mutta jos määritit nollan ylityssignaalin keskeytystilassa, et voi koskaan lukea DHT-tietoja koska CRC-tarkistus epäonnistuu.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi voit käyttää eri mikrokontrolleria eri vaihekulman ohjauspiirissä, mutta se lisää BOM-kustannuksia, toinen ratkaisu on käyttää piiriä, joka koostuu yleisistä komponenteista, kuten 555-ajastin ja maksaa myös vähemmän.

Tarvittava materiaali vaihtovirtakulman ohjauspiirille

Alla olevassa kuvassa on piirin rakentamiseen käytetyt materiaalit, koska tämä on valmistettu hyvin yleisistä komponenteista, joten sinun pitäisi pystyä löytämään kaikki luetellut materiaalit paikallisesta harrastekaupastasi.

Olen myös luetellut komponentit alla olevassa taulukossa tyypin ja määrän kanssa, koska se on esittelyprojekti, käytän siihen yhtä kanavaa. Mutta piiri voidaan helposti suurentaa vaatimuksen mukaan.

Sl. Ei	Osat	Tyyppi	Määrä
1	Ruuviliitin 5,04 mm	Liitin	3
2	Urosotsikko 2,54 mm	Liitin	1X2
3	56K, 1W	Vastus	2
4	1N4007	Diodi	4
5	0,1 uF, 25 V	Kondensaattori	2
6	100uF, 25V	Kondensaattori	2
7	LM7805	Jännitteensäädin	1
8	1 kt	Vastus	1
9	470R	Vastus	2
10	47R	Vastus	2
11	82K	Vastus	1
12	10 kt	Vastus	1
13	PC817	Optoeristin	1
14	NE7555	IC	1
12	MOC3021	OptoTriac-asema	1
13	IRF9540	MOSFET	1
14	3,3 uF	Kondensaattori	1
15	Johtojen liittäminen	Johdot	5
16	0,1uF, 1KV	Kondensaattori	1
17	Arduino Nano (testattavaksi)	Mikrokontrolleri	1

Vaiheen vaihekulman ohjauspiirikaavio

AC-vaihekulman ohjauspiirin kaavio on esitetty alla, tämä piiri on hyvin yksinkertainen ja käyttää yleisiä komponentteja vaihekulman ohjaamiseksi.

Vaiheen vaihekulman ohjauspiiri - toimii

Tämä piiri koostuu erittäin huolellisesti suunnitelluista komponenteista, käyn läpi jokaisen ja selitän jokaisen lohkon.

Nollaristeilyn tunnistuspiiri:

Ensinnäkin luettelossamme on nollan ylityksen ilmaisupiiri, joka on tehty kahdella 56K, 1W vastuksella neljän 1n4007-diodin ja PC817-optoerottimen kanssa. Ja tämä piiri on vastuussa nollan ylittävän signaalin toimittamisesta 555-ajastin-IC: lle. Lisäksi olemme nauhoittaneet vaiheen ja neutraalin signaalin, jotta sitä voidaan käyttää edelleen TRIAC-osassa.

LM7809 Jännitesäädin:

7809-jännitesäädintä käytetään virtapiiriin, piiri on vastuussa virran toimittamisesta koko piirille. Lisäksi olemme käyttäneet kahta 470uF-kondensaattoria ja 0,1uF-kondensaattoria irrotuskondensaattorina LM7809 IC: lle.

Ohjauspiiri NE555-ajastimella:

Yllä olevassa kuvassa on 555-ajastimen ohjauspiiri, 555 on konfiguroitu monostabiiliin kokoonpanoon, joten kun nollan ylityksen ilmaisupiirin laukaisusignaali osuu liipaisimeen, 555-ajastin alkaa ladata kondensaattoria vastuksen avulla (yleensä), mutta piirissämme on MOSFET vastuksen sijasta, ja ohjaamalla MOSFETin porttia ohjaamme kondensaattoriin menevää virtaa, siksi ohjaamme latausaikaa, joten ohjaamme 555 ajastimen lähtöä. Monissa projekteissa olemme käyttäneet 555 ajastin-IC: tä projektimme tekemiseen. Jos haluat tietää enemmän tästä aiheesta, voit tarkistaa kaikki muut projektit.

TRIAC ja TRIAC-ohjainpiiri:

TRIAC toimii pääkytkimenä, joka todella kytkeytyy päälle ja pois päältä ja ohjaa siten AC-signaalin ulostuloa. TRIAC: n ajaminen on MOC3021 optotriac-asema, se ei vain aja TRIAC: ää, vaan tarjoaa myös optisen eristyksen, 0,01uF 2KV -jännitekondensaattorin ja 47R-vastus muodostaa snubber-piirin, joka suojaa piiriämme suurjännitepiikeiltä joita tapahtuu, kun se on kytketty induktiiviseen kuormitukseen, kytketyn vaihtosignaalin ei-sinimuotoinen luonne on vastuussa piikeistä. Lisäksi se on vastuussa tehokerroinongelmista, mutta se on toisen artikkelin aihe. Lisäksi useissa artikkeleissa olemme käyttäneet TRIAC: ta ensisijaisena laitteena, voit tarkistaa ne, jos se kaipaa kiinnostustasi.

Alipäästösuodatin ja P-kanavainen MOSFET (toimii piirin vastuksena):

82K-vastus ja 3.3uF-kondensaattori muodostavat alipäästösuodattimen, joka on vastuussa Arduinon tuottaman korkeataajuisen PWM-signaalin tasoittamisesta. Kuten aiemmin mainittiin, P-kanavainen MOSFET toimii muuttuvana vastuksena, joka ohjaa kondensaattorin latausaikaa. Sen ohjaaminen on PWM-signaali, joka tasoitetaan alipäästösuodattimella. Edellisessä artikkelissa olemme selvittäneet alipäästösuodattimien käsitteen. Voit tutustua artikkeliin aktiivisesta alipäästösuodattimesta tai passiivisesta alipäästösuodattimesta, jos haluat tietää enemmän aiheesta.

Piirilevyn suunnittelu vaihtovirtakulman ohjauspiirille

Vaihekulman ohjauspiirin piirilevy on suunniteltu yksipuoliseksi levyksi. Olen käyttänyt Eaglea piirilevyn suunnitteluun, mutta voit käyttää mitä tahansa valitsemaasi suunnitteluohjelmaa. Taulutietokoneeni 2D-kuva on esitetty alla.

Riittävä maadoitus täytetään kunnollisten maadoituskytkentöjen aikaansaamiseksi kaikkien komponenttien välillä. 12 V DC-tulo ja 220 voltin AC-tulo on täytetty vasemmalla puolella, lähtö on piirilevyn oikealla puolella. Koko Eaglen suunnittelutiedosto ja Gerber voidaan ladata alla olevasta linkistä.

• Lataa piirilevyn suunnittelu-, GERBER- ja PDF-tiedostot AC-vaihekulman ohjauspiirille

Käsintehty piirilevy:

Mukavuuden vuoksi tein käsintehdyn version piirilevystä ja se näkyy alla.

Arduino-koodi vaihtovirtakulman ohjaukselle

Piirin toimintaan käytetään yksinkertaista PWM-generointikoodia, koodi ja sen selitykset annetaan alla. Löydät koko koodin myös tämän sivun alareunasta. Ensinnäkin ilmoitamme kaikki tarvittavat muuttujat, const int analogInPin = A0; // Analoginen tulotappi, että potentiometri on kiinnitetty const int analogOutPin = 9; // Analoginen lähtötappi, jonka LED on kiinnitetty int sensorValue = 0; // potista luettu arvo int outputValue = 0; // arvoulostulo PWM: lle (analoginen lähtö)

Muuttujien on ilmoitettava Analog-tappi, analogOut-nasta ja muiden muuttujien on tallennettava, muunnettava ja tulostettava yhdistetty arvo. Seuraavaksi setup () -osiossa aloitamme UART: n 9600 baudilla, jotta voimme seurata lähtöä ja näin voimme selvittää, mikä PWM-alue pystyi täysin ohjaamaan piirin ulostuloa.

void setup () {// alusta sarjaliikenne 9600 bps: llä: Serial.begin (9600); }

Seuraavaksi luetaan silmukka () -osiossa analoginen nasta A0 ja tallennetaan arvo anturiarvomuuttujaan, seuraavaksi kartoitetaan anturin arvo 0-255: een, koska atmegan PWM-ajastin on vain 8-bittinen, seuraavaksi aseta PWM-signaali Arduinon analogWrite () -toiminnolla. ja lopuksi tulostamme arvot sarjavalvontaikkunaan saadaksemme selville ohjaussignaalin alueen. Jos seuraat tätä opetusohjelmaa, lopussa oleva video antaa sinulle selkeämmän kuvan aiheesta.

sensorValue = analogRead (analogInPin); // lue analoginen arvossa: outputValue = map (sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // kartoittaa sen analogialähdön alueelle: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // muuta analogisen lähtöarvoa: Serial.print ("anturi ="); // tulosta tulokset Serial Monitoriin: Serial.print (sensorValue); Serial.print ("\ t output ="); Serial.println (outputValue);

AC-vaihekulman ohjauspiirin testaus

Yllä oleva kuva näyttää piirin testiasetukset. 12 V: n syöttö tapahtuu 12 V: n SMPS-piirillä, kuorma on tapauksessamme hehkulamppu, se voidaan helposti korvata \ induktiivisella kuormalla kuin tuuletin. Kuten näet, että olen liittänyt potentiometrin lampun kirkkauden säätämiseksi, mutta se voidaan korvata kaikilla muilla säätimillä, jos zoomaat kuvaa, voit nähdä, että potti on kytketty Arduinon A0-nasta ja PWM-signaali tulevat Arduinon pin9: stä.

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, lähtöarvo on 84 ja hehkulampun kirkkaus on hyvin pieni,

Tässä kuvassa näkyy, että arvo on 82, ja hehkulampun kirkkaus kasvaa.

Monien epäonnistuneiden yritysten jälkeen pystyin keksimään piirin, joka todella toimii oikein. Oletko koskaan miettinyt, miltä testipenkki näyttää, kun piiri ei toimi? Anna minun kertoa sinulle, että se näyttää erittäin huonolta,

Tämä on aiemmin suunniteltu piiri, jonka kanssa työskentelin. Minun piti heittää se kokonaan pois ja tehdä uusi, koska edellinen ei toiminut hiukan.

Lisäparannuksia

Tätä esittelyä varten piiri tehdään käsintehdyllä piirilevyllä, mutta piiri voidaan helposti rakentaa laadukkaaksi piirilevyksi, kokeiluni mukaan piirilevyn koko on todella suuri komponenttikoon vuoksi, mutta tuotantoympäristössä se voidaan vähentää käyttämällä halpoja SMD-komponentteja. Kokeissani huomasin, että 7555-ajastimen käyttö 555-ajastimen sijasta lisää valvontaa huomattavasti, ja lisäksi myös piirin vakaus kasvaa.