- Apa itu Kawalan Sudut Fasa AC dan Bagaimana ia berfungsi?
- Cabaran dalam Fasa Angle Control
- Bahan Diperlukan untuk Litar Kawalan Sudut Fasa AC
- Diagram Litar Kawalan Sudut Fasa AC
- Litar Kawalan Sudut Fasa AC - Berfungsi
- Reka Bentuk PCB untuk Litar Kawalan Sudut Fasa AC
- Kod Arduino untuk Kawalan Sudut Fasa AC
- Menguji Litar Kawalan Sudut Fasa AC
- Penambahbaikan Lebih Lanjut
Sistem automasi rumah semakin popular dari hari ke hari, dan sekarang ini menjadi mudah untuk menghidupkan & mematikan peralatan tertentu dengan menggunakan beberapa mekanisme kawalan mudah seperti relay atau suis, sebelum ini kami telah membina banyak Projek Automasi Rumah berasaskan Arduino menggunakan relay. Tetapi ada banyak perkakas rumah yang memerlukan kawalan kuasa AC ini daripada hanya menghidupkan atau mematikan. Sekarang, masuk ke dalam dunia kawalan sudut fasa AC, ini adalah teknik mudah di mana anda dapat mengawal sudut fasa AC. Ini bermaksud anda dapat mengawal kelajuan kipas siling anda atau kipas AC lain atau bahkan anda dapat mengawal intensiti lampu LED atau lampu pijar.
Walaupun kedengarannya sederhana, proses untuk benar-benar menerapkannya sangat sukar, jadi dalam artikel ini, kami akan membina litar kawalan sudut fasa AC sederhana dengan bantuan pemasa 555, dan pada akhirnya, kami akan menggunakan Arduino untuk menghasilkan isyarat PWM sederhana untuk mengawal intensiti lampu pijar. Seperti yang anda dapat bayangkan dengan jelas, dengan litar ini, anda boleh membina sistem automasi rumah yang sederhana di mana anda dapat mengawal kipas dan peredam cahaya Ac dengan satu Arduino.
Apa itu Kawalan Sudut Fasa AC dan Bagaimana ia berfungsi?
Pengendalian sudut fasa AC adalah kaedah di mana kita dapat mengawal atau memotong gelombang sinus AC. The sudut tembakan peranti pensuisan diubah berikutan pengesanan sifar-persimpangan, menyebabkan voltan keluaran purata yang berubah secara berkadaran dengan gelombang sinus yang diubah suai, imej di bawah menerangkan lagi.
Seperti yang anda lihat, pertama kami mempunyai isyarat input AC kami. Seterusnya, kita mempunyai isyarat persilangan sifar, yang menghasilkan gangguan setiap 10ms. Seterusnya, kita mempunyai isyarat pemicu gerbang, setelah kita mendapat isyarat pemicu, kita menunggu jangka waktu tertentu sebelum memberikan nadi pencetus, semakin banyak kita menunggu, semakin banyak kita dapat menurunkan voltan rata-rata dan sebaliknya. Kami akan membincangkan lebih banyak topik kemudian dalam artikel.
Cabaran dalam Fasa Angle Control
Sebelum kita melihat skema dan semua keperluan material, mari kita bincangkan beberapa masalah yang berkaitan dengan litar semacam ini dan bagaimana litar kita menyelesaikannya.
Objektif kami di sini adalah untuk mengawal sudut fasa gelombang sinus AC dengan bantuan mikrokontroler, untuk sebarang jenis aplikasi automasi rumah. Sekiranya kita melihat gambar di bawah, anda dapat melihat bahawa dengan warna kuning, kita mempunyai gelombang sinus, dan dengan warna hijau, kita mempunyai isyarat persilangan sifar kita.
Anda dapat melihat bahawa isyarat persilangan sifar datang dalam setiap 10ms kerana kami bekerja dengan gelombang sinus 50Hz. Dalam mikrokontroler, ia menghasilkan gangguan setiap 10ms. jika kita meletakkan kod lain selain itu, kod lain mungkin tidak berfungsi kerana gangguan. Seperti yang kita ketahui, frekuensi baris yang didengar di India adalah 50Hz, jadi kita bekerja dengan gelombang sinus 50Hz, dan untuk mengendalikan AC utama, kita perlu menghidupkan dan mematikan TRIAC dalam jangka waktu tertentu. Untuk melakukan itu, litar kawalan sudut fasa berasaskan mikrokontroler menggunakan isyarat persilangan sifar sebagai gangguan, tetapi masalah dengan kaedah ini adalah bahawa anda tidak dapat menjalankan kod lain selain kod kawalan sudut laju, kerana dengan cara ia akan pecah kitaran gelung dan salah satu kod tersebut tidak akan berfungsi.
Izinkan saya menjelaskan dengan contoh, andaikan anda perlu melakukan projek di mana anda perlu mengawal kecerahan mentol pijar, juga anda perlu mengukur suhu pada masa yang sama. Untuk mengawal kecerahan bola lampu pijar, anda memerlukan litar kawalan sudut fasa, juga anda perlu membaca data suhu bersamanya, jika ini adalah senario, litar anda tidak akan berfungsi dengan baik kerana sensor DHT22 memerlukan sedikit masa untuk berikan data keluarannya. Dalam jangka masa ini, litar kawalan sudut fasa akan berhenti berfungsi, iaitu jika anda telah mengkonfigurasinya dalam mod pengundian, tetapi jika anda mengkonfigurasi isyarat persilangan nol dalam mod gangguan, anda tidak akan dapat membaca data DHT kerana pemeriksaan CRC akan gagal.
Untuk menyelesaikan masalah ini, anda boleh menggunakan mikrokontroler yang berlainan untuk litar kawalan sudut fasa yang berbeza tetapi ia akan meningkatkan kos BOM, penyelesaian lain adalah menggunakan litar kami yang terdiri daripada komponen generik seperti pemasa 555 dan juga harganya lebih murah.
Bahan Diperlukan untuk Litar Kawalan Sudut Fasa AC
Gambar di bawah menunjukkan bahan yang digunakan untuk membina litar, kerana ini dibuat dengan komponen yang sangat generik, anda seharusnya dapat mencari semua bahan yang disenaraikan di kedai hobi tempatan anda.
Saya juga telah menyenaraikan komponen dalam jadual di bawah dengan jenis dan kuantiti, kerana ini adalah projek demonstrasi, saya menggunakan satu saluran untuk melakukannya. Tetapi rangkaian dapat ditingkatkan dengan mudah sesuai keperluan.
|
Sl.No |
Bahagian |
Jenis |
Kuantiti |
|
1 |
Terminal Skru 5.04mm |
Penyambung |
3 |
|
2 |
Header Lelaki 2.54mm |
Penyambung |
1X2 |
|
3 |
56K, 1W |
Perintang |
2 |
|
4 |
1N4007 |
Diod |
4 |
|
5 |
0.1uF, 25V |
Kapasitor |
2 |
|
6 |
100uF, 25V |
Kapasitor |
2 |
|
7 |
LM7805 |
Pengatur Voltan |
1 |
|
8 |
1K |
Perintang |
1 |
|
9 |
470R |
Perintang |
2 |
|
10 |
47R |
Perintang |
2 |
|
11 |
82K |
Perintang |
1 |
|
12 |
10K |
Perintang |
1 |
|
13 |
PC817 |
Optocoupler |
1 |
|
14 |
NE7555 |
KAD PENGENALAN |
1 |
|
12 |
MOC3021 |
Pemacu OptoTriac |
1 |
|
13 |
IRF9540 |
MOSFET |
1 |
|
14 |
3.3uF |
Kapasitor |
1 |
|
15 |
Wayar Penyambung |
Wayar |
5 |
|
16 |
0.1uF, 1KV |
Kapasitor |
1 |
|
17 |
Arduino Nano (Untuk Ujian) |
Pengawal mikro |
1 |
Diagram Litar Kawalan Sudut Fasa AC
Skema untuk litar kawalan sudut fasa AC ditunjukkan di bawah, litar ini sangat mudah dan menggunakan komponen generik untuk mencapai kawalan sudut fasa.
Litar Kawalan Sudut Fasa AC - Berfungsi
Litar ini terdiri daripada komponen yang dirancang dengan teliti, saya akan melalui setiap bahagian dan menerangkan setiap blok.
Litar Pengesanan Melintasi Sifar:
Pertama, dalam senarai kami ialah litar pengesanan persilangan sifar dibuat dengan dua perintang 56K, 1W bersama dengan empat diod 1n4007 dan optocoupler PC817. Dan litar ini bertanggungjawab memberikan isyarat persilangan sifar ke IC pemasa 555. Juga, kami telah menghentikan fasa dan isyarat neutral untuk menggunakannya lebih jauh di bahagian TRIAC.
Pengatur Voltan LM7809:
Pengatur voltan 7809 digunakan untuk menghidupkan litar, litar bertanggungjawab untuk memberikan kuasa ke seluruh litar. Selain itu, kami telah menggunakan dua kapasitor 470uF dan kapasitor 0.1uF sebagai kapasitor pemutusan untuk IC LM7809.
Litar Kawalan dengan Pemasa NE555:
Gambar di atas menunjukkan litar kawalan pemasa 555, 555 dikonfigurasi dalam konfigurasi monostable, jadi apabila isyarat pemicu dari litar pengesanan persilangan sifar memukul pencetus, pemasa 555 mula mengecas kapasitor dengan bantuan perintang (secara amnya), tetapi litar kami mempunyai MOSFET sebagai ganti perintang, dan dengan mengawal pintu MOSFET, kami mengawal arus ke kapasitor, sebab itulah kami mengawal masa pengecasan sehingga kami mengawal output 555 pemasa. Dalam banyak projek, kami telah menggunakan IC pemasa 555 untuk membuat projek kami, jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai topik ini, anda boleh melihat semua projek lain.
TRIAC dan Litar Pemacu TRIAC:
TRIAC bertindak sebagai suis utama yang sebenarnya menghidupkan dan mematikan, dengan itu mengawal output isyarat AC. Memacu TRIAC adalah pemacu optotriak MOC3021, ia bukan sahaja menggerakkan TRIAC, tetapi juga memberikan pengasingan optik, kapasitor voltan tinggi 0,01uF 2KV, dan perintang 47R membentuk litar snubber, yang melindungi litar kita dari lonjakan voltan tinggi yang berlaku semasa disambungkan ke beban induktif, sifat bukan sinusoidal dari isyarat AC yang dihidupkan bertanggungjawab untuk lonjakan. Juga, ia bertanggungjawab untuk masalah faktor kuasa, tetapi itu adalah topik untuk artikel lain. Selain itu, dalam pelbagai artikel, kami telah menggunakan TRIAC sebagai peranti pilihan kami, anda boleh melihatnya jika ada yang menarik minat anda.
Lowpass-Filter dan P-Channel MOSFET (Bertindak sebagai Perintang di Litar):
Perintang 82K dan kapasitor 3.3uF membentuk penapis lulus rendah yang bertanggungjawab untuk melancarkan isyarat PWM frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh Arduino. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, P-Channel MOSFET bertindak sebagai resistor berubah-ubah, yang mengawal masa pengisian kapasitor. Mengawalnya adalah isyarat PWM yang dilancarkan oleh penapis lorong rendah. Dalam artikel sebelumnya, kami telah membersihkan konsep penapis lowpass, anda boleh melihat artikel mengenai penapis lulus rendah aktif atau penapis lulus rendah pasif jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai topik tersebut.
Reka Bentuk PCB untuk Litar Kawalan Sudut Fasa AC
PCB untuk litar Kawalan sudut Fasa kami direka dalam papan satu sisi. Saya telah menggunakan Eagle untuk merancang PCB saya tetapi anda boleh menggunakan mana-mana perisian Reka bentuk pilihan anda. Gambar 2D reka bentuk papan saya ditunjukkan di bawah.
Pengisian tanah yang mencukupi digunakan untuk membuat sambungan tanah yang betul di antara semua komponen. Input DC 12V dan input 220 Volt AC diisi di sebelah kiri, output terletak di sebelah kanan PCB. Fail reka bentuk lengkap untuk Eagle dan Gerber boleh dimuat turun dari pautan di bawah.
- Muat turun fail Reka Bentuk PCB, GERBER & PDF untuk Litar Kawalan Sudut Fasa AC
PCB buatan tangan:
Untuk kemudahan, saya membuat PCB versi buatan tangan saya dan ditunjukkan di bawah.
Kod Arduino untuk Kawalan Sudut Fasa AC
Kod penjanaan PWM ringkas digunakan untuk membuat litar berfungsi, kod dan penjelasannya diberikan di bawah. Anda juga boleh mendapatkan kod lengkap di bahagian bawah halaman ini. Pertama, kami menyatakan semua pemboleh ubah yang diperlukan, const int analogInPin = A0; // Pin input analog bahawa potensiometer dilekatkan pada const int analogOutPin = 9; // Pin output analog yang dipasangkan LED ke int sensorValue = 0; // nilai dibaca dari pot int outputValue = 0; // nilai output ke PWM (analog keluar)
Pemboleh ubah adalah untuk menyatakan pin Analog, pin analogOut, dan pemboleh ubah lain adalah untuk menyimpan, menukar, dan mencetak nilai yang dipetakan. Selanjutnya di bahagian persediaan () , kami memulakan UART dengan 9600 baud sehingga kami dapat memantau output dan itulah bagaimana kami dapat mengetahui julat PWM mana yang dapat mengawal output litar sepenuhnya.
batal persediaan () {// memulakan komunikasi bersiri pada 9600 bps: Serial.begin (9600); }
Seterusnya, di bahagian gelung () , kita membaca pin analog A0 dan menyimpan nilai ke pemboleh ubah nilai sensor, seterusnya kita memetakan nilai sensor ke 0 -255 kerana pemasa PWM atmega hanya 8-bit, seterusnya kita tetapkan isyarat PWM dengan fungsi analogWrite () Arduino. dan akhirnya, kami mencetak nilai ke tetingkap monitor bersiri untuk mengetahui julat isyarat kawalan, jika anda mengikuti tutorial ini, video di akhir akan memberi anda idea yang lebih jelas mengenai topik ini.
sensorValue = analogRead (analogInPin); // baca analog dalam nilai: outputValue = peta (sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // memetakannya ke julat analog keluar: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // ubah nilai keluar analog: Serial.print ("sensor ="); // cetak hasilnya ke Serial Monitor: Serial.print (sensorValue); Serial.print ("\ t output ="); Serial.println (outputValue);
Menguji Litar Kawalan Sudut Fasa AC
Gambar di atas menunjukkan persediaan ujian litar. Bekalan 12V disediakan oleh litar SMPS 12V, beban adalah mentol dalam kes kami, ia dapat diganti dengan mudah \ dengan beban induktif seperti kipas. Seperti yang anda lihat bahawa saya telah memasang potensiometer untuk mengawal kecerahan lampu tetapi ia boleh diganti dengan bentuk pengawal lain, jika anda memperbesar gambar, anda dapat melihat bahawa periuk disambungkan ke Pin A0 dari Arduino dan isyarat PWM berasal dari pin9 Arduino.
Seperti yang anda lihat pada gambar di atas, nilai output adalah 84 dan kecerahan bola lampu pijar sangat rendah,
Dalam gambar ini, anda dapat melihat bahawa nilainya adalah 82, dan kecerahan bola lampu pijar meningkat.
Setelah banyak percubaan yang gagal, saya dapat menghasilkan litar yang benar-benar berfungsi dengan baik. Pernah terfikir bagaimana bangku ujian kelihatan apabila litar tidak berfungsi? Izinkan saya memberitahu anda bahawa ia kelihatan sangat buruk,
Ini adalah litar yang dirancang sebelumnya yang sedang saya jalankan. Saya terpaksa membuangnya sepenuhnya dan membuat yang baru kerana yang sebelumnya tidak berfungsi sedikit pun.
Penambahbaikan Lebih Lanjut
Untuk demonstrasi ini, litar dibuat pada PCB buatan tangan tetapi litar dapat dibina dengan mudah dalam PCB berkualiti baik, dalam percubaan saya, ukuran PCB sangat besar kerana ukuran komponen, tetapi dalam persekitaran pengeluaran, ia dapat dikurangkan dengan menggunakan komponen SMD yang murah. Dalam eksperimen saya, saya dapati menggunakan pemasa 7555 dan bukannya pemasa 555 meningkatkan alat kawalan secara meluas, selain itu, kestabilan litar juga meningkat.