Έλεγχος ταχύτητας ανεμιστήρα με χρήση arduino και triac

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ!! Το διάγραμμα κυκλώματος που συζητείται σε αυτό το έργο είναι μόνο για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Λάβετε υπόψη ότι η εργασία με τάση δικτύου 220V AC απαιτεί εξαιρετική προφύλαξη και πρέπει να ακολουθούνται οι διαδικασίες ασφαλείας. Μην αγγίζετε κανένα από τα εξαρτήματα ή τα καλώδια όταν λειτουργεί το κύκλωμα.

Είναι εύκολο να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε οποιαδήποτε οικιακή συσκευή χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη ή χρησιμοποιώντας κάποιο μηχανισμό ελέγχου, όπως κάναμε σε πολλά έργα οικιακού αυτοματισμού που βασίζονται στο Arduino. Υπάρχουν όμως πολλές εφαρμογές όπου πρέπει να ελέγξουμε μερικώς την ισχύ AC, για παράδειγμα, για να ελέγξουμε την ταχύτητα του ανεμιστήρα ή την ένταση ενός λαμπτήρα. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιείται η τεχνική PWM, οπότε εδώ θα μάθουμε πώς να χρησιμοποιούμε το Arduino που παράγεται PWM για τον έλεγχο της ταχύτητας ανεμιστήρα AC με το Arduino.

Σε αυτό το έργο, θα δείξουμε τον έλεγχο ταχύτητας ανεμιστήρα Arduino AC χρησιμοποιώντας το TRIAC. Εδώ χρησιμοποιείται μέθοδος ελέγχου φάσης του σήματος AC για τον έλεγχο της ταχύτητας ανεμιστήρα AC, χρησιμοποιώντας σήματα PWM που παράγονται από τον Arduino. Στο προηγούμενο σεμινάριο, ελέγξαμε την ταχύτητα του ανεμιστήρα DC χρησιμοποιώντας PWM.

Απαιτούμενα στοιχεία

1. Arduino UNO
2. 4N25 (Μηδενικός ανιχνευτής διέλευσης)
3. Ποτενσιόμετρο 10k
4. MOC3021 0pto-ζεύκτης
5. (0-9) V, 500 mA Stepdown Transformer
6. BT136 TRIAC
7. 230 VAC Axial AC ανεμιστήρας
8. Σύνδεση καλωδίων
9. Αντιστάσεις

Εργασία ελέγχου ανεμιστήρα AC με χρήση του Arduino

Η εργασία μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα διαφορετικά μέρη. Έχουν ως εξής

1. Ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης

2. Κύκλωμα ελέγχου γωνίας φάσης

3. Ποτενσιόμετρο για τον έλεγχο της ποσότητας ταχύτητας ανεμιστήρα

4. Κύκλωμα παραγωγής σήματος PWM

1. Ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης

Η τροφοδοσία AC που παίρνουμε στο νοικοκυριό μας είναι 220v AC RMS, 50 HZ. Αυτό το σήμα AC εναλλάσσεται στη φύση και αλλάζει περιοδικά την πολικότητά του. Στο πρώτο μισό κάθε κύκλου, ρέει προς μία κατεύθυνση φθάνοντας σε μέγιστη τάση και μετά μειώνεται στο μηδέν. Στη συνέχεια, στον επόμενο μισό κύκλο, ρέει σε εναλλακτική κατεύθυνση (αρνητική) σε μέγιστη τάση και στη συνέχεια πάλι στο μηδέν. Για τον έλεγχο της ταχύτητας του ανεμιστήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, η μέγιστη τάση και των δύο μισών κύκλων πρέπει να κοπεί ή να ελεγχθεί. Για αυτό, πρέπει να ανιχνεύσουμε το μηδέν σημείο από το οποίο πρέπει να ελέγχεται το σήμα / τεμαχισμένο. Αυτό το σημείο στην καμπύλη τάσης όπου η τάση αλλάζει την κατεύθυνση ονομάζεται διέλευση μηδενικής τάσης.

Το κύκλωμα που φαίνεται παρακάτω είναι το κύκλωμα ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης που χρησιμοποιείται για να πάρει το σημείο μηδενικής διέλευσης. Κατ 'αρχάς, η τάση 220V AC μειώνεται στα 9V AC χρησιμοποιώντας μετασχηματιστή step-down και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε έναν οπτικοζεύκτη 4N25 στον πείρο 1 και 2. Ο οπτικός συζεύκτης 4N25 έχει ενσωματωμένο LED με ακίδα 1 ως άνοδο και ακροδέκτη 2 ως κάθοδος. Έτσι, σύμφωνα με το παρακάτω κύκλωμα, όταν το κύμα εναλλασσόμενου ρεύματος πλησιάζει στο σημείο μηδέν διέλευσης, το ενσωματωμένο LED 4N25 θα σβήσει και ως αποτέλεσμα, το τρανζίστορ εξόδου του 4N25 θα απενεργοποιηθεί επίσης και ο πείρος παλμού εξόδου θα τραβήξτε έως και 5V. Ομοίως, όταν το σήμα αυξάνεται σταδιακά στην κορυφήσημείο, τότε το LED ανάβει και το τρανζίστορ θα ανάψει επίσης με τον πείρο γείωσης συνδεδεμένο με τον πείρο εξόδου, ο οποίος κάνει αυτόν τον πείρο 0V. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον παλμό, το σημείο μηδέν διέλευσης μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας το Arduino.

2. Κύκλωμα ελέγχου γωνίας φάσης

Αφού ανιχνεύσουμε το σημείο μηδενικής διέλευσης, τώρα πρέπει να ελέγξουμε το χρονικό διάστημα για το οποίο η δύναμη θα είναι ON και OFF. Αυτό το σήμα PWM θα αποφασίσει την ποσότητα της εξόδου τάσης στον κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, ο οποίος με τη σειρά του ελέγχει την ταχύτητά του. Εδώ χρησιμοποιείται ένα BT136 TRIAC, το οποίο ελέγχει την τάση AC καθώς είναι ένας ηλεκτρονικός διακόπτης ισχύος για τον έλεγχο ενός σήματος τάσης AC.

Το TRIAC είναι ένας διακόπτης AC τριών ακροδεκτών που μπορεί να ενεργοποιηθεί από ένα σήμα χαμηλής ενέργειας στον ακροδέκτη πύλης του. Στα SCRs, διεξάγεται σε μία μόνο κατεύθυνση, αλλά στην περίπτωση του TRIAC, η ισχύς μπορεί να ελεγχθεί και στις δύο κατευθύνσεις. Για να μάθετε περισσότερα για το TRIAC και το SCR, ακολουθήστε τα προηγούμενα άρθρα μας.

Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, το TRIAC ενεργοποιείται σε γωνία πυροδότησης 90 μοιρών εφαρμόζοντας ένα σήμα παλμού μικρής πύλης. Ο χρόνος "t1" είναι ο χρόνος καθυστέρησης που δίνεται σύμφωνα με την απαίτηση εξασθένισης. Για παράδειγμα, σε αυτήν την περίπτωση, η γωνία πυροδότησης είναι 90 τοις εκατό, επομένως η έξοδος ισχύος θα μειωθεί επίσης στο μισό και ως εκ τούτου η λάμπα θα ανάβει επίσης με μισή ένταση.

Γνωρίζουμε ότι εδώ η συχνότητα του σήματος AC είναι 50 Hz. Έτσι η χρονική περίοδος θα είναι 1 / f, δηλαδή 20ms. Για μισό κύκλο, αυτό θα είναι 10ms ή 10.000 μικροδευτερόλεπτα. Ως εκ τούτου, για τον έλεγχο της ισχύος ενός λαμπτήρα AC, το εύρος του "t1" μπορεί να κυμαίνεται από 0-10000 μικροδευτερόλεπτα.

Optocoupler:

Το Optocoupler είναι επίσης γνωστό ως Optoisolator. Χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της απομόνωσης μεταξύ δύο ηλεκτρικών κυκλωμάτων όπως τα σήματα DC και AC. Βασικά, αποτελείται από ένα LED που εκπέμπει υπέρυθρο φως και τον φωτοαισθητήρα που το ανιχνεύει. Εδώ χρησιμοποιείται ένας οπτικός συζεύκτης MOC3021 για τον έλεγχο του ανεμιστήρα AC από τα σήματα μικροελεγκτή που είναι σήμα DC.

Διάγραμμα σύνδεσης TRIAC και Optocoupler:

3. Ποτενσιόμετρο για τον έλεγχο της ταχύτητας του ανεμιστήρα

Εδώ χρησιμοποιείται ένα ποτενσιόμετρο για τη μεταβολή της ταχύτητας του ανεμιστήρα AC. Γνωρίζουμε ότι ένα ποτενσιόμετρο είναι μια 3 τερματική συσκευή που λειτουργεί ως διαχωριστής τάσης και παρέχει μια μεταβλητή έξοδο τάσης. Αυτή η μεταβλητή αναλογική τάση εξόδου δίνεται στο αναλογικό τερματικό εισόδου Arduino για να ορίσετε την τιμή ταχύτητας του ανεμιστήρα AC.

4. Μονάδα παραγωγής σημάτων PWM

Στο τελευταίο βήμα, ένας παλμός PWM δίνεται στο TRIAC σύμφωνα με τις απαιτήσεις ταχύτητας, ο οποίος με τη σειρά του μεταβάλλει το χρονισμό ON / OFF του σήματος AC και παρέχει μια μεταβλητή έξοδο για τον έλεγχο της ταχύτητας του ανεμιστήρα. Εδώ το Arduino χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του παλμού PWM, ο οποίος παίρνει την είσοδο από το ποτενσιόμετρο και δίνει έξοδο σήματος PWM στο κύκλωμα TRIAC και οπτικού συζευκτήρα που οδηγεί περαιτέρω τον ανεμιστήρα AC στην επιθυμητή ταχύτητα. Μάθετε περισσότερα για τη δημιουργία PWM χρησιμοποιώντας το Arduino εδώ.

Διάγραμμα κυκλώματος

Το διάγραμμα κυκλώματος για αυτό το κύκλωμα ελέγχου ταχύτητας ανεμιστήρα 230v με βάση το Arduino δίνεται παρακάτω:

Σημείωση: Έχω δείξει το πλήρες κύκλωμα σε ένα breadboard μόνο για λόγους κατανόησης. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε τροφοδοσία 220V AC απευθείας στο breadboard σας, έχω χρησιμοποιήσει μια διάστικτη πλακέτα για να κάνω τις συνδέσεις όπως μπορείτε να δείτε στην παρακάτω εικόνα

Προγραμματισμός του Arduino για έλεγχο ταχύτητας ανεμιστήρα AC

Μετά τη σύνδεση υλικού, πρέπει να γράψουμε τον κωδικό για το Arduino, το οποίο θα δημιουργήσει ένα σήμα PWM για τον έλεγχο του χρονισμού ON / OFF του σήματος AC χρησιμοποιώντας μια είσοδο ποτενσιόμετρου. Χρησιμοποιήσαμε προηγουμένως τεχνικές PWM σε πολλά έργα.

Ο πλήρης κωδικός αυτού του έργου ελέγχου ταχύτητας ανεμιστήρα Arduino AC δίνεται στο κάτω μέρος αυτού του έργου. Η σταδιακή εξήγηση του κώδικα δίνεται παρακάτω.

Στο πρώτο βήμα, δηλώστε όλες τις απαιτούμενες μεταβλητές, οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε ολόκληρο τον κώδικα. Εδώ το BT136 TRIAC συνδέεται με τον πείρο 6 του Arduino. Και η μεταβλητή speed_val δηλώνεται ότι αποθηκεύει την τιμή του βήματος ταχύτητας.

int TRIAC = 6; int speed_val = 0;

Στη συνέχεια, στη λειτουργία εσωτερικής εγκατάστασης , δηλώστε τον ακροδέκτη TRIAC ως έξοδο καθώς θα δημιουργηθεί έξοδος PWM μέσω αυτού του πείρου. Στη συνέχεια, ρυθμίστε μια διακοπή για να εντοπίσετε τη διασταύρωση μηδέν. Εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει μια συνάρτηση που ονομάζεται attachInterrupt, η οποία θα διαμορφώσει την ψηφιακή Pin 3 του Arduino ως εξωτερική διακοπή και θα καλέσει τη συνάρτηση με το όνομα zero_crossing όταν ανιχνεύει τυχόν διακοπές στην ακίδα της.

άκυρη ρύθμιση () {pinMode (LAMP, OUTPUT); attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (3), zero_crossing, CHANGE); }

Μέσα στον άπειρο βρόχο , διαβάστε την αναλογική τιμή από το ποτενσιόμετρο που είναι συνδεδεμένο στο Α0 και αντιστοιχίστε το σε εύρος τιμών (10-49).

Για να μάθουμε αυτό το εύρος πρέπει να κάνουμε έναν μικρό υπολογισμό. Νωρίτερα λέγεται ότι κάθε μισός κύκλος ισοδυναμεί με 10.000 μικροδευτερόλεπτα. Εδώ λοιπόν η μείωση θα ελεγχθεί σε 50 βήματα που είναι μια αυθαίρετη τιμή και μπορεί να αλλάξει. Εδώ τα ελάχιστα βήματα λαμβάνονται ως 10, όχι μηδέν, επειδή τα βήματα 0-9 δίνουν περίπου την ίδια ισχύ εξόδου και τα μέγιστα βήματα λαμβάνονται ως 49, καθώς δεν συνιστάται πρακτικά η λήψη του άνω ορίου (που είναι 50 σε αυτήν την περίπτωση).

Στη συνέχεια, κάθε χρόνος βήματος μπορεί να υπολογιστεί ως 10000/50 = 200 μικροδευτερόλεπτα. Αυτό θα χρησιμοποιηθεί στο επόμενο μέρος του κώδικα.

void loop () {int pot = analogRead (A0); int data1 = χάρτης (pot, 0, 1023,10,49); speed_val = data1; }

Στο τελευταίο βήμα, ρυθμίστε τη συνάρτηση zero_crossing που οδηγείται από διακοπή. Εδώ ο χρόνος εξασθένισης μπορεί να υπολογιστεί πολλαπλασιάζοντας τον ατομικό χρόνο βηματισμού με το αριθ. των βημάτων. Στη συνέχεια, μετά από αυτόν τον χρόνο καθυστέρησης, το TRIAC μπορεί να ενεργοποιηθεί χρησιμοποιώντας έναν μικρό υψηλό παλμό 10 μικροδευτερόλεπτα που είναι αρκετός για να ενεργοποιήσετε ένα TRIAC.

void zero_crossing () {int chop_time = (200 * speed_val); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (ώρα_πλάκας); digitalWrite (TRIAC, HIGH); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (10); digitalWrite (TRIAC, LOW); }

Ο πλήρης κώδικας μαζί με ένα βίντεο που λειτουργεί για αυτό το χειριστήριο ανεμιστήρα AC χρησιμοποιώντας Arduino και PWM δίνεται παρακάτω.