|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ 12-канальний фазовий регулятор потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення У статті описано багатоканальний фазовий регулятор на базі восьмирозрядних мікроконтролерів AT89C4051-24PU. До складу пристрою входять блок комутації та шість фазових регуляторів, кожен з яких здатний керувати двома навантаженнями потужністю по 1,15 кВт (обмежена можливостями застосованих мережевих фільтрів). Крім того, у кожному із здвоєних регуляторів є годинник реального часу. Пристрій виконаний на доступній елементній базі і може бути повторений радіоаматорами середньої кваліфікації. Структурну схему 12-канального фазового регулятора представлено на рис. 1. Тут А1-А6 - ідентичні за схемою, конструкцією та алгоритмом роботи двоканальні фазові регулятори потужності; S1 - блок комутації, за допомогою якого здійснюється регулювання потужності, встановлення поточного часу та часу спрацьовування двох будильників. p align="justify"> Принципова схема одного двоканального регулятора потужності представлена на рис. 2, а блоку комутації – на рис. 3.
Розетки XS1-1 - XS1-6 блоку комутації призначені для підключення вилок ХР4 регуляторів 1-6. У кожному регуляторі є два незалежні один від одного фазові регулятори і, крім того, реалізовані функції електронного годинника. Детально про регулятор та його функції буде розказано нижче. Перемикач SA1 блоку комутації має шість положень. Якщо він встановлений у положення "1", то кнопки SB1-SB4 підключені до регулятора 1 і можна встановити параметри для цього регулятора. Відповідно, якщо він встановлений у положення "2", можна встановити параметри для регулятора 2 і т.д. Розглянемо докладно роботу регулятора 1 (SA1 – у положенні "1"). У пристрої реалізовані такі функції: - два незалежні канали фазоімпульсного регулювання; - індикація поточного часу в 24-годинному форматі на чотирирозрядному дисплеї в режимі години-хвилини (режим "Годинник 2"); - встановлення поточного часу та його коригування; - робота в режимі хвилини-секунди (режим "Годинник 1"); - два будильники, в моменти спрацьовування яких включаються навантаження, підключені відповідно до з'єднувачів ХР5 і ХР6 (телевізор, радіоприймач, електронагрівач та ін), і на 10 с переривчаста світлова і звукова сигналізація з частотою повторення 1 Гц; - подача короткого (тривалістю 1 с) звукового біп-сигналу на початку кожної години та примусове відключення кнопкою світлової та звукової сигналізації в момент спрацювання будильника. Відповідно передбачено шість режимів роботи: "Годинник 1", "Годинник 2", "Регулятор 1", "Регулятор 2", "Будильник 1" та "Будильник 2". Два незалежні регулятори потужності зібрані відповідно на симіторах VS1 і VS2. Регулювання потужності здійснюється фазоімпульсним керуванням симісторами. Інтервал регулювання вихідної потужності кожного каналу задається у відносних одиницях від 0 до 99. Звичайно, регулятори з фазоімпульсним управлінням створюють перешкоди, але вони прості в реалізації і дозволяють регулювати потужність таких навантажень, як, наприклад, лампи розжарювання, нагрівачі, асинхронні електродвигуни змінного струму і т.п. В інтерфейс регулятора входять кнопки SB1-SB4 (рис. 3), світлодіодні смуги HL1, HL2 та дисплей із шести цифрових семиелементних індикаторів HG1-HG6 (див. рис. 2). Призначення кнопок таке:
У будь-якому режимі роботи пристрою кожна кнопка виконує лише одну функцію (крім вимкнення звукового та світлового сигналів під час увімкнення будильників). Розряди індикації інтерфейсу мають наступне призначення (справа-ліворуч за рис. 2):
Після увімкнення живлення пристрій переходить у режим "Годинник 1". Щоб встановити поточний час, необхідно натиснути кнопку SB1 увійти в режим "Годинник 2" (на індикаторі HG1 повинна з'явитися цифра 1), після чого одноразово натиснути кнопку SB4. При цьому буде вибрано розряд одиниць хвилин (почне світитися точка h у індикатора HG6). Необхідне значення розряду встановлюють кнопками SB2 та SB3. При наступному натисканні на SB4 вибирається розряд десятків хвилин (точка h вмикається у індикатора HG5) і т. д. Після встановлення значення в розряді десятків годин (індикатор HG2) натискають на кнопку SB4 ще раз, дозволяючи цим рахунок часу. Для встановлення значення потужності в каналі 1 необхідно кнопкою SB1 вибрати режим роботи "Регулятор 1" (на індикаторі HG1 повинна світитись цифра 2). Потім кнопкою SB4 вибрати розряд і кнопками SB2 ("Більше") та SB3 ("Менше) встановити необхідне значення потужності. Під час встановлення часу в режимі "Годинник 2" відлік поточного часу забороняється, у всіх інших режимах він дозволений. Після встановлення часу будильників 1 та 2 (закінчено перебір розрядів кнопкою SB4) запалюються відповідно світлові смуги HL1 та HL2. Смуга, що світиться, сигналізує про те, що встановлений час будильника записано в пам'ять мікроконтролера (при необхідності його можна перепрограмувати). При збігу поточного часу зі встановленим часом у режимах "Будильник 1" і "Будильник 2" на 10 с включається переривчаста звукова (HА1) і світлова (HL1) сигналізація з інтервалами включення та вимкнення 0,5 с. Після закінчення цього часу увімкнена світлова смуга HL1 гасне. Розглянемо основні функціональні вузли регулятора 1 (див. рис. 2). Його основа – мікроконтролер DD1, робоча частота якого задана генератором із зовнішнім кварцовим резонатором ZQ1 на 10 МГц. На транзисторних оптронах зборки U1 зібрано датчик напруги мережі. Він відстежує моменти переходу напруги через нуль. Вихідна напруга датчика з резистора R8 надходить на виведення 7 мікроконтролера. Канал регулювання потужності 1 зібраний на симісторі VS1 і оптрон U2 і управляється сигналом з виведення 8 DD1. Навантаження підключають до з'єднувача ХР2. Другий канал зібраний на симісторі VS2 і оптрон U3 і управляється сигналом з виведення 9 мікроконтролера. Навантаження підключають до з'єднувача ХР3. Для зменшення рівня створюваних регуляторами перешкод вони включені до мережі через мережеві фільтри Z1 та Z2. Динамічна індикація виконана на мікросхемах DD2, DD3, транзисторах VT1-VT5 та цифрових семиелементних індикаторах HG1-HG6. Регістр DD2 служить для збільшення числа ліній портів мікроконтролера і керує внутрішніми виконавчими пристроями: звуковою і світловою сигналізацією (відповідно п'єзоелектричним випромінювачем HA1 і світловими смугами HL1 і HL2), симісторними оптронами U4, U5, а також розрядом на індикаторі H. Резистори R1-R9 обмежують струм через елементи цифрових індикаторів. Сигнал з виходу 3 (виведення 6) регістра DD2 через резистор R26 періодично (з періодом 1 с) включає та вимикає елемент g індикатора HG4 в режимах "Годинник 1" і "Годинник 2". Сигнал з виходу 4 (виведення 9) регістра DD2 через резистор R27 включає точку h в одному з вибраних індикаторів HG2, HG3, HG5, HG6. Цифрова частина пристрою гальванічно розв'язана від мережі. Програма мікроконтролера управляє роботою електронного годинника і забезпечує реалізацію фазоімпульсного управління симісторними регуляторами потужності. Основне завдання "годинної" частини програми - формування точних часових інтервалів тривалістю 1 с - вирішена за допомогою переривань від таймера TF0. У циклі підпрограми обробки переривання таймера TF0 через кожні 80 мкс мікроконтролер опитує стан виведення 7. Лічильники на регістрах R4, R6 підраховують кількість переривань, і коли воно стає рівним певному значенню, поточний час збільшується на секунду. Коригування поточного часу відбувається щогодини. У даному пристрої за добу годинник відстає приблизно на 6 с, у побуті це цілком прийнятно. Переривання від таймера TF0 забезпечують динамічну індикацію. Назвемо умовно байти, які мікроконтролер періодично (з періодом 3 мс) записує у свій порт P1 та синхронний регістр DD2 відповідно байтами індикації та стану. Молодша зошита байта індикації надходить на вхід дешифратора DD3 і визначає значення розряду, а розряди старшого зошита через транзистори VT2-VT5 управляють індикаторами HG2, HG3, HG5, HG6 динамічної індикації. Транзистор VT1 і відповідно індикатор HG1 керуються сигналом виведення 12 регістра DD2. У режимах "Регулятор 1" та "Регулятор 2" індикатори HG2 та HG3 гасаються. Для гасіння індикатора необхідно, щоб у молодшому зошиті байта індикації був присутній код F. Рівень балка. 0 на виведенні 16 мікроконтролера відкриває транзистор VT2 і включає індикатор HG2, сигнал такого ж рівня на виведенні 17 відкриває транзистор VT3 і включає індикатор HG3 і т. д. Молодша зошита являє собою двійково-кодоване десяткове число і через дешифратор DD3 керує елемент крім HG4. З включенням індикаторів HG2, HG3, HG5, HG6 мікроконтролер опитує стан свого входу INTO (P3.2; висновок 6 DD1). При будь-якій кнопці SB1-SB4 на цьому вході з включенням зазначених індикаторів є низький рівень. Таким чином, кожна кнопка блоку комутації "прив'язана" до "свого" розряду у старшому зошиті байта індикації. Алгоритм роботи програми фазоімпульсного регулятора розглянемо на прикладі каналу 1. Осцилограми, що пояснюють роботу регулятора, наведено на рис. 4. У кожному напівперіоді мережевої напруги (рис. 4,а) мікроконтролер запускаючим імпульсом з виведення 8 тривалістю 80 мкс (рис. 4,в) включає симистор VS1 через оптрон U2. Значення потужності у навантаженні, підключеної до з'єднувача ХP2, залежить від того, як довго симистор включений протягом кожного напівперіоду напруги. Для того щоб значення потужності в навантаженні збільшувалося зі збільшенням значення потужності, що задається на індикаторі пристрою, а також для отримання дискретності регулювання, що дорівнює 1%, необхідно, щоб імпульс включення симістора зміщувався (справа-ліворуч по рис. 4,б) з кроком 100 мкс з моменту проходження мережної напруги через нуль при збільшенні на одиницю значення потужності, що задається на індикаторі пристрою.
Запускаючий імпульс подається з деякою затримкою щодо моменту проходження напруги через "нуль". Моменту переходу відповідає балка. 0 на виведенні 7 мікроконтролера (рис. 4,б). Час затримки визначається числом на індикаторі пристрою в режимі "Регулятор 1", яке може приймати значення від 0 до 99. Підпрограма перетворює це дворозрядне двійково-десяткове число однобайтове двійкове. Це число завантажується у лічильник (реєстр R7), який реалізує тимчасову затримку. Як згадувалося, мікроконтроллер опитує вихід датчика мережі кожні 80 мкс. У момент проходження напруги через нуль і відбувається запуск лічильника. При зміні кнопкою цифри, що індикується на індикаторі, в режимі "Регулятор 1" змінюється час затримки включення керуючого імпульсу на включення симістора VS1. Тобто змінюються момент включення симістора в кожному напівперіод мережної напруги і ефективна напруга на навантаженні, підключеної до з'єднувача ХР2. Аналогічно працює другий канал пристрою, що регулює потужність навантаження, підключеного до з'єднувача ХP3. Кут регулювання симістора в залежності від відтоку навантаження неоднаковий. Реально у пристрої інтервал регулювання потужності 100-ватної лампи розжарювання за індикатором становить від 18 до 97. Іншими словами, можна задати 79 рівнів яскравості. Це необхідно в тих випадках, коли лампа використовується як нагрівальний елемент. Для більш швидкої зміни яскравості (для освітлення, як показує практика, такого великого числа рівнів не потрібно) можна змінювати тільки старший розряд відносного діапазону регулювання потужності, що задається. Коротко про програму. У пам'яті даних мікроконтролера з 2BН адреси по 48Н організований буфер відображення для динамічної індикації. Молодший зошит кожного байта в буфері відображення являє собою двійково-кодоване десяткове число, яке визначає значення розряду, а старший зошит визначає номер розряду динамічної індикації. Таким чином, у кожному байті буфера визначено значення числа та його місце при виведенні на індикацію. За своїм функціональним призначенням залежно від режиму роботи пристрою адресний простір буфера розбитий на шість функціональних груп:
Кожен байт із функціональної групи циклу в підпрограмі обробки переривання таймера TF0 виводиться в порт P1 мікроконтролера DD1. Старший зошит байта індикації являє собою код "нуль, що біжить". Таким чином, записуючи в циклі по черзі порт P1 байти з функціональної групи буфера, ми отримуємо режим динамічної індикації. Після запису байта індикації порт Р1 починається опитування кнопок. Натисканням на кнопку SB1 одиниця в регістрі R2 зсувається вліво і тим самим задається один із вищевказаних п'яти режимів роботи. У регістр R0 записується перша адреса функціональних груп. Через кожні 3 мс у підпрограмі обробки переривання регістр R0 інкрементується. В основній програмі відбуваються рахунок і корекція поточного часу, встановлення часу ввімкнення будильників, порівняння поточного часу з часом будильника, включення світлових і звукових сигналів, переведення дворозрядного двійково-десяткового числа (значення рівня потужності, що задається на індикаторі пристрою) в режимах "Регулятор 1" і "Регулятор 2" в однобайтне двійкове для реалізації алгоритму фазоімпульсного керування. Розроблена програма на асемблері займає близько 3,7 кБайт пам'яті програм мікроконтролера. Кожен із регуляторів та блок комутації змонтовані на окремих макетних платах розмірами 120x80 мм. При монтажі регуляторів бажано відокремити цифрову частину пристрою від мережі. Всі резистори - С2-33Н з потужністю розсіювання 0,125 Вт, але підійдуть і будь-які інші з такою ж потужністю розсіювання та допустимим відхиленням опору від номіналу ±5%. Конденсатори С1, С4 – оксидні імпортні, С2, С3 – керамічні К10-17. Між висновками живлення (+5 і загальним проводом) мікроконтролера DD1 і регістра DD2 корисно встановити блокувальні конденсатори К10-17 ємністю 0,1 мкФ. На дисплеї доцільно виділити розряд, що індикує поточний режим роботи пристрою (індикатор HG1), і натомість інших розрядів. Тому для цього розряду вибрано семиелементний індикатор червоного кольору свічення HDSP-F001 (підійде HDSP-F151); індикатори HG2-HG6 - зеленого кольору свічення HDSP-F501 (підійдуть будь-які інші із загальним анодом та прийнятною яскравістю свічення). В індикаторі HG4 для формування знака "-" використовується лише сегмент g. Струм через елементи індикаторів визначається здатністю навантаження дешифратора DD3. Для КР514ІД2 максимально допустимий струм кожного виходу – 22 мА. Світлові смуги HL1, HL2 - №-2300EW червоного кольору свічення. Струм через кожен канал регулювання потужності обмежений гранично допустимим струмом 5 А через мережевий фільтр ФС-220 (Z1, Z2). При невеликих навантаженнях, а також у разі, якщо вимоги щодо рівня перешкод не дуже високі, мережні фільтри можна виключити. Навантаження підключають до пристрою через вилки МРW-2 (частина - розетки MHU-2). Замість них можна застосувати клемники ТВ-10-2. Якщо номінальна потужність навантаження в каналі регулювання перевищує 100 Вт, то симістор слід встановити відповідне тепловідведення. Симистор TIC236M, допустимий струм якого 12 А, дозволяє керувати навантаженням потужністю до 1,5 кВт. Можлива заміна - вітчизняний симистор КУ208Г, проте він має значно гіршу чутливість: для надійного спрацьовування через керуючий електрод цього симистора повинен протікати струм не менше 250 мА, тому опір резисторів R1 і R3 необхідно зменшити до 100 Ом. Для навантажень потужністю до 2 кВт можна використовувати симістори з допустимим струмом до 16 А, наприклад ^C246N. Доцільно виміряти реальні значення струму управління та утримання застосовуваних симісторів, щоб оцінити придатність симістора для роботи з конкретним, особливо малопотужним навантаженням. Застосовані у пристрої симісторні оптрони S202SE2 фірми SHARP (U4, U5) можуть комутувати струм до 8 А. Їх включення відбувається поблизу переходу напруги через нуль. Можливе застосування оптронів S202S02, а якщо струм, що комутується, в навантаженні не перевищує 2 А, то і S202TO1. Споживання струму від джерела живлення напругою 5 В регуляторах потужності не перевищує 80 мА. Конденсатор С1 блоку комутації – оксидний імпортний. Галетний перемикач SA1 - ПГ2-12-6П8Н (на шість положень та вісім напрямків). Кнопкові вимикачі SB1-SB4-ПКН125 або подібні. У пристрої не передбачено жодних налаштувань і регулювань, і якщо монтаж виконаний правильно, а всі деталі справні, воно починає працювати відразу після включення напруги живлення. При перевірці каналів регулювання потужності перше включення краще зробити за невеликого навантаження, наприклад, з лампою розжарювання потужністю 20...30 Вт. Доцільно спочатку перевірити канал регулювання потужності 1, а потім 2. Для цього необхідно увійти в режим "Регулятор 1" і, змінюючи рівень потужності по індикатору з клавіатури, проконтролювати зміну яскравості свічення лампи. Якщо лампа взагалі не включилася, то потрібно проконтролювати сигнал з датчика мережі (висновок 7 мікроконтролера DD1) – наявність імпульсів із рівнем балка. 0 тривалістю 1...1,2 мс та періодом 10 мс (рис. 4,б). Автор: С. Шишкін
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Полімерний матеріал, що змінює форму під дією магнітів ▪ INA253 - новий вимірювач струму із вбудованим шунтом ▪ Електричний бар'єр захистить купальників від акул ▪ Безкоштовне таксі працює за рахунок реклами
▪ розділ сайту Студенту на замітку. Добірка статей ▪ стаття Чехов Антон Павлович. Знамениті афоризми ▪ стаття Розмарин. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Псевдоквадрофонічна приставка до УЗО. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Приймач-контролер. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page