Diseño de controlador de atenuación de CA continuo basado en control MCU

1 Diseño del controlador de atenuación

En la vida diaria, a menudo necesitamos ajustar el brillo de las luces. Este controlador de atenuación controla la conducción del tiristor bidireccional a través de un microcontrolador para ajustar el brillo de la lámpara incandescente (carga puramente resistiva). La característica del triac es que permanecerá encendido incluso si se elimina la señal de disparo después de encenderlo, cuando la corriente de carga sea cero (punto de cruce por cero del voltaje de CA), se apagará automáticamente; Por lo tanto, es necesario enviar una señal de activación durante cada media onda de la corriente alterna. El momento en el que se envía la señal de activación determina el brillo de la bombilla.

La forma de lograr la atenuación es activar el interruptor del tiristor bidireccional para que se encienda durante un período de tiempo después del punto cero. Cuanto más largo sea este período de tiempo, más corto será el tiempo para activar el tiristor. encendido y más brillante será la luz; de lo contrario, la luz será más brillante.

Esto requiere extraer el punto de cruce por cero del voltaje CA y, en base a esto, determinar el tiempo de envío de la señal de disparo para lograr el propósito de atenuar.

1.1 Parte de hardware

El diagrama de bloques de este controlador de atenuación es el siguiente:

Parte de control: para facilitar el diseño flexible, seleccione el dispositivo programable. Aquí se utiliza el microcontrolador AT89C51 de ATMEL.

Parte conductora: Dado que lo que se va a accionar es CA, se puede accionar mediante un relé o un tiristor controlado por silicio optoacoplador (tiristor SCR). Dado que el relé es una acción mecánica, su velocidad de respuesta es lenta y no puede satisfacer sus necesidades. Los SCR pueden realizar un control sin contacto de la corriente alterna en el circuito, controlar corrientes grandes con corrientes pequeñas y no producen chispas durante el control como los relés. También tienen acción rápida, larga vida útil y alta confiabilidad. Entonces aquí se elige el tiristor.

Parte de carga: Este circuito sólo puede controlar el brillo de lámparas incandescentes (carga resistiva pura).

1.2 Parte del software

El objeto a controlar es una corriente alterna sinusoidal de 50 Hz. La señal de cruce por cero (señal síncrona) se extrae a través del optoacoplador y esta señal se envía. a la interrupción externa, el microcontrolador inicia un programa de retardo cada vez que recibe esta señal de sincronización, y el tiempo de retardo específico se cambia presionando el botón. Cuando finaliza el retraso, el microcontrolador genera una señal de activación que enciende el tiristor y la corriente fluye a través del tiristor a través de la lámpara incandescente, lo que hace que la lámpara brille. Cuanto mayor sea el retraso, más corto será el tiempo de iluminación y más tenue será el brillo de la luz (no habrá sensación de parpadeo porque la frecuencia de repetición es de 100 Hz y la visión humana tiene un efecto de persistencia). Dado que la duración del retraso está determinada por el botón, en realidad es el botón el que controla la intensidad de la luz.

En teoría, el tiempo de retardo debe ser cualquier valor entre 0 y 10 ms. En el programa, un ciclo se divide en N partes iguales, y cada vez que se presiona la tecla, el número de partes iguales cambia. Aquí, cuanto mayor sea N, mejor. Según la necesidad práctica, simplemente divídalo en aproximadamente 100 partes. El valor real utilizado es 95.

El ancho del pulso de disparo del tiristor debe determinarse de acuerdo con el optoacoplador específico combinado con la observación del osciloscopio. En este diseño, es de 20 μs. T1 se utiliza en el programa para controlar este tiempo.

Hay dos formas de procesar los dos botones de atenuación: una es ajustar solo un nivel (brillante u oscuro) cada vez que se presiona el botón, independientemente del tiempo; la otra es ajustar el nivel; Brillo según el momento en que se presiona el botón. Los métodos de ajuste son diferentes: una pulsación corta solo ajusta un paso, una pulsación larga puede ajustarse continuamente. Como se mencionó anteriormente, dado que el número de pasos en este diseño es 95 (N = 95), sería demasiado problemático usar el primer método, por lo que es más razonable usar el segundo.

2 Circuitos y descripciones de cada unidad

2.1 Extracción de señal de cruce por cero de tensión CA

El circuito de extracción de señal de cruce por cero de tensión CA se muestra en la Figura 2 La señal de sincronización es la señal de cruce por cero de voltaje CA que necesitamos. Las formas de onda de cada parte se muestran en la Figura 3.

La línea de puntos horizontal en la forma de onda rectificada en la figura representa el voltaje umbral del diodo de entrada del fotoacoplador P52l. P521 es la abreviatura de TLP521 y la siguiente figura es su diagrama de pines. El sufijo "-1" en el nombre del dispositivo en el diagrama de pines indica que contiene un conjunto de acoplamientos ópticos.

2. 2 Unidad de control principal

La unidad de control principal toma el microcontrolador AT89C51 como núcleo. La señal de sincronización SYN generada en el circuito de extracción de señal de cruce por cero de voltaje de CA se conecta a INT0. de AT89C5l Esta señal El flanco descendente de hará que AT89-C51 genere una interrupción, que será el punto de inicio del tiempo de retardo.

Tres botones sirven únicamente para controlar una luz: uno es un interruptor y los otros dos sirven para aumentar y disminuir el brillo.

74HC573 se utiliza para emitir la señal de disparo que controla la conducción del tiristor.

La relación de temporización entre el intervalo de conducción de la fuente de alimentación principal de 220 V CA, la señal de sincronización y la señal de disparo se muestra en la Figura 6.

El área sombreada de la figura representa el intervalo de conducción del tiristor y su tamaño determina el brillo de la lámpara. Cambiar el tiempo de retardo puede cambiar la relación de fase entre la señal de disparo y la señal de sincronización, y también cambiar el intervalo de conducción del tiristor para lograr el propósito de atenuar.

2.3 Unidad impulsora

En la figura, L1_D es la señal de disparo emitida por el microcontrolador. Esta señal impulsa el tiristor controlado por silicio T435 a través del tiristor controlado por luz MOC3022. La lámpara incandescente controlada está conectada entre Ll y la línea cero (no se muestra en la figura).

MOC3022 es un tiristor fotocontrolado en encapsulado DIP-6. Los pines 1 y 2 son los polos positivo y negativo del diodo respectivamente; los pines 4 y 6 son los dos extremos del circuito de salida. Los pines 3 y 5 no necesitan estar conectados. Como se muestra en la Figura 8.

T435-400 es un tiristor controlado por silicio "4" significa que la corriente del circuito principal es 4A; "35" significa que la corriente máxima del extremo del disparador es 35 mA. Este extremo puede garantizar un funcionamiento fiable. El diagrama de apariencia del T435-400 se muestra en la Figura 9.

3 Diagrama de flujo del programa

4 Conclusión

Este controlador utiliza tres interruptores para controlar una luz, principalmente para reducir la dificultad en el proceso de enseñanza. También se puede cambiar a un interruptor para controlar una luz, como una pulsación corta para encender y apagar, una primera pulsación larga para reducir el brillo, una segunda pulsación larga consecutiva para aumentar el brillo, etc. No es necesario modificar el circuito, solo es necesario modificar el programa.

Al crear este controlador de atenuación, los estudiantes pueden dominar el conocimiento y las habilidades de uso de microcontroladores, acoplamientos ópticos y tiristores, especialmente los dos últimos, a los que los estudiantes están menos expuestos. Dado que el controlador de atenuación tiene un efecto de atenuación relativamente bueno, es muy útil para mejorar el interés de los estudiantes en aprender y tiene buenos efectos de enseñanza.