Pagkontrol ng anggulo ng AC phase para sa mga ilaw na dimmers at kontrol sa bilis ng motor gamit ang 555 timer at pwm signal

Ang mga system ng automation ng bahay ay lalong nakakakuha ng katanyagan araw-araw, at sa panahong ito ay naging madali upang i-on at i-off ang ilang mga appliances sa pamamagitan ng paggamit ng ilang simpleng mekanismo ng kontrol tulad ng isang relay o isang switch, dati naming binuo ang maraming mga Arduino based Home Automation Projects na gumagamit ng mga relay. Ngunit maraming mga gamit sa bahay na nangangailangan ng kontrol sa AC power na ito kaysa sa pag-on o pag-off lang. Ngayon, ipasok ang mundo ng AC phase control control, ito ay isang simpleng pamamaraan kung saan maaari mong makontrol ang anggulo ng phase ng AC. Nangangahulugan ito na maaari mong kontrolin ang bilis ng iyong fan sa kisame o anumang iba pang AC fan o kahit na maaari mong kontrolin ang tindi ng isang LED o maliwanag na bombilya.

Kahit na ito ay tunog simple, ang proseso ng aktwal na pagpapatupad nito ay napakahirap, kaya sa artikulong ito, magtatayo kami ng isang simpleng AC phase anggulo control circuit sa tulong ng isang 555 timer, at sa huli, gagamit kami ng isang Arduino upang makabuo ng isang simpleng PWM signal upang makontrol ang tindi ng isang maliwanag na bombilya. Tulad ng naiisip mo ngayon na malinaw, sa circuit na ito, maaari kang bumuo ng isang simpleng sistema ng pag-aautomat sa bahay kung saan maaari mong makontrol ang fan at Ac light dimmers na may isang solong Arduino.

Ano ang isang AC Phase Angle Control at Paano ito gumagana?

Ang control phase ng AC phase ay isang pamamaraan kung saan maaari nating makontrol o i-chop ang isang AC sine wave. Ang anggulo ng pagpapaputok ng aparato ng paglipat ay magkakaiba kasunod ng isang pagtuklas na zero-tawiran, na nagreresulta sa isang average na output ng boltahe na nagbabago nang proporsyonal sa binagong sine wave, higit na naglalarawan ang imahe sa ibaba.

Tulad ng nakikita mo, una sa amin ang aming AC signal signal. Susunod, mayroon kaming signal na zero-tawiran, na bumubuo ng isang nakakagambala bawat 10ms. Susunod, mayroon kaming signal ng gatilyo ng gatilyo, sa sandaling nakakakuha kami ng isang nagpapalitaw na signal, naghihintay kami para sa isang tiyak na panahon bago bigyan ang gatilyo ng pulso, mas naghihintay kami, mas mabawasan natin ang average na boltahe at kabaligtaran. Tatalakayin namin ang higit pa sa paksa sa paglaon sa artikulo.

Mga hamon sa Phase Angle Control

Bago namin tingnan ang eskematiko at lahat ng mga kinakailangang materyal, pag-usapan natin ang tungkol sa ilang mga problema na nauugnay sa ganitong uri ng circuit at kung paano malulutas ng aming circuit ang mga iyon.

Ang aming layunin dito ay upang makontrol ang anggulo ng phase ng isang AC sine wave sa tulong ng isang microcontroller, para sa anumang uri ng application ng automation sa bahay. Kung titingnan namin ang imahe sa ibaba, maaari mong makita na sa dilaw, mayroon kaming aming sine alon, at berde, mayroon kaming signal na zero-tawiran.

Maaari mong makita na ang zero-crossing signal ay dumating sa bawat 10ms habang nagtatrabaho kami sa isang 50Hz sine wave. Sa isang microcontroller, bumubuo ito ng isang nakakagambala bawat 10ms. kung maglalagay kami ng anumang iba pang code bukod doon, maaaring hindi gumana ang ibang code dahil sa pagkagambala. Tulad ng alam namin na ang dalas ng linya na maririnig sa India ay 50Hz, kaya nakikipagtulungan kami sa isang 50Hz sine wave, at upang makontrol ang mains AC, kailangan naming i-on at i-off ang TRIAC sa isang tiyak na time frame. Upang gawin iyon, ginagamit ng microcontroller phase control control phase na batay sa zero ang signal na zero-tawiran bilang isang nakakagambala, ngunit ang problema sa pamamaraang ito ay hindi ka maaaring magpatakbo ng anumang iba pang code bukod sa control code ng anggulo ng tulin, dahil sa isang paraan ito ay masisira ang loop cycle at isa sa mga code ay hindi gagana.

Hayaan mong linawin ko sa isang halimbawa, ipagpalagay na kailangan mong gumawa ng isang proyekto kung saan kailangan mong kontrolin ang liwanag ng maliwanag na bombilya, kailangan mo ring sukatin ang temperatura nang sabay. Upang makontrol ang liwanag ng isang maliwanag na bombilya, kailangan mo ng isang phase anggulo control circuit, kailangan mo ring basahin ang data ng temperatura kasama nito, kung ito ang senaryo, ang iyong circuit ay hindi gagana nang maayos dahil ang sensor ng DHT22 ay tumatagal ng ilang oras upang ibigay ang data ng output nito. Sa panahong ito, hihinto ang paggana ng circuit ng control ng angulo ng phase, iyon ay kung na-configure mo ito sa isang mode ng botohan, ngunit kung na-configure mo ang zero-crossing signal sa makagambala na mode, hindi mo mababasa ang data ng DHT dahil mabibigo ang tseke ng CRC.

Upang malutas ang problemang ito, maaari kang gumamit ng ibang microcontroller para sa iba't ibang phase anggulo ng control circuit ngunit tataas nito ang gastos ng BOM, isa pang solusyon ay ang paggamit ng aming circuit na binubuo ng mga generic na sangkap tulad ng 555 timer at mas mababa rin ang gastos.

Kinakailangan na Materyal para sa AC Phase Angle Control Circuit

Ipinapakita ng imahe sa ibaba ang mga materyales na ginamit upang maitayo ang circuit, dahil ginawa ito ng mga napaka-generic na bahagi, dapat mong makita ang lahat ng nakalistang materyal sa iyong lokal na tindahan ng libangan.

Inilista ko rin ang mga sangkap sa isang talahanayan sa ibaba na may uri at dami, dahil ito ay isang proyekto sa pagpapakita, gumagamit ako ng isang solong channel upang magawa ito. Ngunit ang circuit ay maaaring madaling maiakma ayon sa bawat kinakailangan.

Sl. Hindi	Mga Bahagi	Uri	Dami
1	Screw Terminal 5.04mm	Konektor	3
2	Lalaking Header 2.54mm	Konektor	1X2
3	56K, 1W	Resistor	2
4	1N4007	Diode	4
5	0.1uF, 25V	Kapasitor	2
6	100uF, 25V	Kapasitor	2
7	LM7805	Regulator ng Boltahe	1
8	1K	Resistor	1
9	470R	Resistor	2
10	47R	Resistor	2
11	82K	Resistor	1
12	10K	Resistor	1
13	PC817	Optocoupler	1
14	NE7555	IC	1
12	MOC3021	OptoTriac Drive	1
13	IRF9540	MOSFET	1
14	3.3uF	Kapasitor	1
15	Mga Koneksyon sa Mga Wires	Mga wire	5
16	0.1uF, 1KV	Kapasitor	1
17	Arduino Nano (Para sa Pagsubok)	Microcontroller	1

AC Phase Angle Control Circuit Diagram

Ang eskematiko para sa AC phase phase control circuit ay ipinapakita sa ibaba, ang circuit na ito ay napaka-simple at gumagamit ng mga generic na bahagi upang makamit ang phase control ng anggulo.

AC Phase Angle Control Circuit - Nagtatrabaho

Ang circuit na ito ay binubuo ng maingat na dinisenyo na mga sangkap, dadaan ako sa bawat isa at ipaliwanag ang bawat bloke.

Zero-Crossing Detection Circuit:

Una, sa aming listahan ay ang circuit ng detection na zero-tawiran ay ginawa gamit ang dalawang 56K, 1W resistors kasabay ng apat na 1n4007 diode at isang PC817 optocoupler. At ang circuit na ito ay responsable para sa pagbibigay ng zero-tawiran signal sa 555 timer IC. Gayundin, na-tap-off namin ang phase at ang walang signal na signal upang higit na magamit ito sa seksyon ng TRIAC.

LM7809 Voltage Regulator:

Ang regulator ng 7809-boltahe ay ginagamit upang paandarin ang circuit, responsable ang circuit para sa pagbibigay ng lakas sa buong circuit. Bilang karagdagan, gumamit kami ng dalawang 470uF capacitor at isang 0.1uF capacitor bilang isang decoupling capacitor para sa LM7809 IC.

Kontrolin ang Circuit gamit ang NE555 Timer:

Ipinapakita ng imahe sa itaas ang 555 timer control circuit, ang 555 ay naka-configure sa isang monostable na pagsasaayos, kaya't kapag ang isang signal ng gatilyo mula sa zero-crossing detection circuit ay pinindot ang gatilyo, nagsisimula ang 555 timer na singilin ang capacitor sa tulong ng isang resistor (sa pangkalahatan), ngunit ang aming circuit ay may isang MOSFET kapalit ng isang risistor, at sa pamamagitan ng pagkontrol sa gate ng MOSFET, kinokontrol namin ang kasalukuyang pagpunta sa capacitor, kaya't kinokontrol namin ang oras ng pagsingil kaya't kinokontrol namin ang output ng 555 timer. Sa maraming mga proyekto, ginamit namin ang 555 timer IC upang magawa ang aming proyekto, kung nais mong malaman ang tungkol sa paksang ito, maaari mong suriin ang lahat ng iba pang mga proyekto.

TRIAC at ang TRIAC-Driver Circuit:

Ang TRIAC ay kumikilos bilang pangunahing switch na kung saan ay aktwal na nakabukas at naka-off, sa gayon ay kinokontrol ang output ng AC signal. Ang pagmamaneho ng TRIAC ay ang MOC3021 optotriac drive, hindi lamang nito hinihimok ang TRIAC, ngunit nagbibigay din ito ng optikal na paghihiwalay, ang 0.01uF 2KV mataas na boltahe na capacitor, at ang 47R risistor ay bumubuo ng isang snubber circuit, na pinoprotektahan ang aming circuit mula sa mga high voltage spike na nangyayari kapag ito ay konektado sa isang inductive load, ang di-sinusoidal na likas ng lumipat na AC signal ay responsable para sa mga pako. Gayundin, responsable ito para sa mga isyu sa factor ng kuryente, ngunit iyon ay isang paksa para sa isa pang artikulo. Gayundin, sa iba't ibang mga artikulo, ginamit namin ang TRIAC bilang aming ginustong aparato, maaari mong suriin ang mga iyon kung sinisilip ang iyong interes.

Lowpass-Filter at ang P-Channel MOSFET (Gumaganap bilang Resistor sa Circuit):

Ang resistors ng 82K at ang capacitor ng 3.3uF ay bumubuo ng mababang pass filter na responsable para sa pagpapakinis ng signal ng PWM na dalas ng dalas na nabuo ng Arduino. Tulad ng naunang nabanggit, ang P-Channel MOSFET ay gumaganap bilang variable resistor, na kumokontrol sa oras ng pagsingil ng capacitor. Ang pagkontrol nito ay ang signal ng PWM na na-swabe ng low-pass filter. Sa nakaraang artikulo, na-clear namin ang konsepto ng lowpass filters, maaari mong suriin ang artikulo sa aktibong low pass filter o passive low pass filter kung nais mong malaman ang tungkol sa paksa.

Disenyo ng PCB para sa AC Phase Angle Control Circuit

Ang PCB para sa aming Phase angle Control circuit ay idinisenyo sa isang solong panig na board. Ginamit ko ang Eagle upang idisenyo ang aking PCB ngunit maaari mong gamitin ang anumang Disenyo ng software na iyong pinili. Ang imahe ng 2D ng aking disenyo ng board ay ipinapakita sa ibaba.

Ginagamit ang sapat na pagpuno sa lupa upang makagawa ng wastong mga koneksyon sa lupa sa lahat ng mga bahagi. Ang input ng 12V DC at ang input ng 220 Volt AC ay pinunan sa kaliwang bahagi, ang output ay matatagpuan sa kanang bahagi ng PCB. Ang kumpletong file ng disenyo para sa Eagle kasama ang Gerber ay maaaring ma-download mula sa link sa ibaba.

• Mag-download ng Disenyo ng PCB, GERBER & PDF na mga file para sa AC Phase Angle Control Circuit

Handmade PCB:

Para sa kaginhawaan, ginawa ko ang aking bersyon na gawa sa kamay ng PCB at ipinakita ito sa ibaba.

Arduino Code para sa AC Phase Angle Control

Ang isang simpleng code ng henerasyon ng PWM ay ginagamit upang magamit ang circuit, ang code at ang paliwanag nito ay ibinibigay sa ibaba. Maaari mo ring makita ang kumpletong code sa ilalim ng pahinang ito. Una, idineklara namin ang lahat ng kinakailangang variable, const int analogInPin = A0; // Analog input pin na ang potentiometer ay nakakabit sa const int analogOutPin = 9; // Analog output pin na ang LED ay nakakabit sa int sensorValue = 0; // value read from the pot int outputValue = 0; // halaga ng output sa PWM (analog out)

Ang mga variable ay dapat ideklara ang Analog pin, ang analogOut pin, at ang iba pang mga variable ay upang iimbak, i-convert, at i-print ang na-map na halaga. Susunod sa seksyon ng pag- setup () , inisyal namin ang UART na may 9600 baud upang masubaybayan namin ang output at iyan kung paano namin malalaman kung aling hanay ng PWM ang ganap na makontrol ang output ng circuit.

void setup () {// ipasimula ang mga serial na komunikasyon sa 9600 bps: Serial.begin (9600); }

Susunod, sa seksyon ng loop () , binasa namin ang analog pin A0 at iimbak ang halaga sa variable ng halaga ng sensor, susunod na mapa namin ang halaga ng sensor sa 0 -255 dahil ang PWM timer ng atmega ay 8-bits lamang, susunod na itakda ang signal ng PWM gamit ang isang analogWrite () na pagpapaandar ng Arduino. at sa wakas, nai-print namin ang mga halaga sa serial monitor window upang malaman ang saklaw ng signal ng kontrol, kung sinusunod mo ang tutorial na ito, bibigyan ka ng video sa dulo ng isang mas malinaw na ideya sa paksa.

sensorValue = analogRead (analogInPin); // basahin ang analog sa halagang: outputValue = mapa (sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // mapa ito sa saklaw ng analog out: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // baguhin ang halaga ng analog out: Serial.print ("sensor ="); // i-print ang mga resulta sa Serial Monitor: Serial.print (sensorValue); Serial.print ("\ t output ="); Serial.println (outputValue);

Pagsubok sa AC Phase Angle Control Circuit

Ipinapakita ng imahe sa itaas ang pag-set up ng pagsubok ng circuit. Ang supply ng 12V ay ibinibigay ng isang 12V SMPS circuit, ang pagkarga ay isang bombilya sa aming kaso, madali itong mapapalitan \ ng isang inductive load tulad ng isang fan. Gayundin tulad ng nakikita mo na nakalakip ako ng isang potensyomiter upang makontrol ang ningning ng lampara ngunit maaari itong mapalitan ng anumang iba pang anyo ng tagakontrol, kung mag-zoom in ka sa imahe, makikita mo na ang kaldero ay konektado sa Ang A0 pin ng Arduino at ang signal ng PWM ay nagmumula sa pin9 ng Arduino.

Tulad ng nakikita mo sa larawan sa itaas, ang halaga ng output ay 84 at ang ningning ng bombilya ng maliwanag na ilaw ay napakababa,

Sa imaheng ito, maaari mong makita na ang halaga ay 82, at ang liwanag ng maliwanag na bombilya ay tumataas.

Matapos ang maraming mga nabigong pagtatangka, nakagawa ako ng isang circuit na talagang gumagana nang maayos. Naisip mo ba kung paano ang hitsura ng isang pagsubok na bench kung hindi gumana ang isang circuit? Hayaan mong sabihin ko sa iyo na napakasama nito,

Ito ay isang dating dinisenyo na circuit na pinagtatrabahuhan ko. Kailangan kong itapon ito nang buo at gumawa ng bago sapagkat ang dating isa ay hindi gumana nang kaunti.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Para sa pagpapakitang ito, ang circuit ay ginawa sa isang handmade PCB ngunit ang circuit ay maaaring madaling maitayo sa isang mahusay na kalidad ng PCB, sa aking mga eksperimento, ang laki ng PCB ay talagang malaki dahil sa laki ng sangkap, ngunit sa isang kapaligiran sa produksyon, ito maaaring mabawasan sa pamamagitan ng paggamit ng murang mga sangkap ng SMD, Sa aking mga eksperimento, nahanap ko ang paggamit ng isang 7555 timer sa halip na isang 555 timer na dagdagan ang controlee nang malawakan, saka, ang katatagan din ng pagtaas ng circuit.