警告?。?本項(xiàng)目中討論的電路圖僅用于教育目的。請(qǐng)注意，使用 220V 交流電源電壓需要采取極端的預(yù)防措施，并應(yīng)遵循安全程序。電路運(yùn)行時(shí)，請(qǐng)勿觸摸任何元件或電線。

就像我們?cè)谠S多基于 Arduino 的家庭自動(dòng)化項(xiàng)目中所做的那樣，使用開(kāi)關(guān)或使用某種控制機(jī)制很容易打開(kāi)或關(guān)閉任何家用電器。但是有很多應(yīng)用需要我們部分控制交流電源，例如控制風(fēng)扇的速度或燈的強(qiáng)度。在這種情況下，使用了PWM 技術(shù)，所以在這里我們將學(xué)習(xí)如何使用 Arduino 生成的 PWM 來(lái)控制 Arduino 的交流風(fēng)扇速度。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將演示使用 TRIAC 的 Arduino 交流風(fēng)扇速度控制。這里使用交流信號(hào)的相位控制方法來(lái)控制交流風(fēng)扇的速度，使用 Arduino 生成的 PWM 信號(hào)。在之前的教程中，我們使用 PWM 控制直流風(fēng)扇的速度。

所需組件

Arduino UNO

4N25（過(guò)零檢測(cè)器）

10k 電位器

MOC3021 0pto耦合器

（0-9）V、500 mA 降壓變壓器

BT136 可控硅

230 VAC 軸流交流風(fēng)扇

連接線

電阻器

使用 Arduino 進(jìn)行交流風(fēng)扇控制

工作可以分為四個(gè)不同的部分。它們?nèi)缦?/p>

1. 過(guò)零檢測(cè)器

2. 相位角控制電路

3. 控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速量的電位器

4. PWM 信號(hào)發(fā)生電路

1. 過(guò)零檢測(cè)器

我們家中的交流電源是 220v AC RMS，50 HZ。該交流信號(hào)本質(zhì)上是交替的，并且會(huì)周期性地改變其極性。在每個(gè)周期的前半部分，它沿一個(gè)方向流動(dòng)，達(dá)到峰值電壓，然后下降到零。然后在下一個(gè)半周期，它以交替方向（負(fù)）流動(dòng)到峰值電壓，然后再次變?yōu)榱?。為了控?AC Fan 的速度，需要對(duì)兩個(gè)半周期的峰值電壓進(jìn)行斬波或控制。為此，我們必須檢測(cè)要控制/斬波信號(hào)的零點(diǎn)。電壓曲線上電壓改變方向的這一點(diǎn)稱為過(guò)零電壓。

下圖所示的電路是用于獲取過(guò)零點(diǎn)的過(guò)零檢測(cè)器電路。首先，使用降壓變壓器將 220V AC 電壓降為 9V AC ，然后在其引腳 1 和 2 處饋入 4N25 光耦合器。4N25 光耦合器具有內(nèi)置 LED，引腳 1 為陽(yáng)極，引腳 2 為陰極。因此，根據(jù)下面的電路，當(dāng)交流波接近零交叉點(diǎn)時(shí)，4N25 的內(nèi)置 LED 將關(guān)閉，因此，4N25 的輸出晶體管也將關(guān)閉，輸出脈沖引腳將被拉到5V。同樣，當(dāng)信號(hào)逐漸增加到峰值時(shí)點(diǎn)，然后 LED 打開(kāi)，晶體管也將打開(kāi)，接地引腳連接到輸出引腳，這使得該引腳為 0V。使用此脈沖，可以使用 Arduino 檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)。

2. 相位角控制電路

檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后，現(xiàn)在我們必須控制電源開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間量。該P(yáng)WM 信號(hào)將決定輸出到交流電機(jī)的電壓量，進(jìn)而控制電機(jī)的速度。這里使用了BT136 TRIAC，它控制交流電壓，因?yàn)樗怯糜诳刂平涣麟妷盒盘?hào)的電力電子開(kāi)關(guān)。

TRIAC是一種三端交流開(kāi)關(guān)，可由其柵極端的低能量信號(hào)觸發(fā)。在 SCR 中，它僅在一個(gè)方向上導(dǎo)通，但在 TRIAC 的情況下，可以在兩個(gè)方向上控制功率。要了解有關(guān)TRIAC和SCR的更多信息，請(qǐng)閱讀我們之前的文章。

如上圖所示，通過(guò)向 TRIAC 施加一個(gè)小的柵極脈沖信號(hào)以 90 度的觸發(fā)角觸發(fā) TRIAC。時(shí)間“t1”是根據(jù)調(diào)光要求給出的延遲時(shí)間。例如，在這種情況下，觸發(fā)角為 90%，因此功率輸出也將減半，因此燈也會(huì)以一半的強(qiáng)度發(fā)光。

我們知道這里交流信號(hào)的頻率是 50 Hz。所以時(shí)間段將是 1/f，即 20ms。對(duì)于半個(gè)周期，這將是 10 毫秒或 10，000 微秒。因此，為了控制交流燈的功率，“t1”的范圍可以在 0-10000 微秒之間變化。

光耦：

光耦也稱為光隔離器。它用于保持兩個(gè)電路（如直流和交流信號(hào)）之間的隔離。基本上，它由發(fā)射紅外光的 LED 和檢測(cè)紅外光的光電傳感器組成。這里使用 MOC3021 光耦合器從微控制器信號(hào)（直流信號(hào)）控制交流風(fēng)扇。

TRIAC和光耦連接圖：

3. 控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的電位器

這里使用電位器來(lái)改變交流風(fēng)扇的速度。我們知道電位器是一個(gè)三端器件，它充當(dāng)分壓器并提供可變電壓輸出。這個(gè)可變的模擬輸出電壓在 Arduino 模擬輸入端給出，用于設(shè)置交流風(fēng)扇的速度值。

4. PWM信號(hào)發(fā)生單元

在最后一步中，根據(jù)速度要求向 TRIAC 提供PWM 脈沖，從而改變 AC 信號(hào)的 ON/OFF 時(shí)序并提供可變輸出來(lái)控制風(fēng)扇速度。在這里，Arduino 用于生成 PWM 脈沖，該脈沖從電位器獲取輸入，并將 PWM 信號(hào)輸出到 TRIAC 和光耦合器電路，進(jìn)一步以所需的速度驅(qū)動(dòng)交流風(fēng)扇。

電路原理圖

這個(gè)基于 Arduino 的 230v 風(fēng)扇速度控制電路的電路圖如下所示：

注意：我在面包板上展示了完整的電路，只是為了便于理解。您不應(yīng)該直接在面包板上使用 220V 交流電源，我使用虛線板進(jìn)行連接，如下圖所示

為 Arduino 編程以控制交流風(fēng)扇速度

硬件連接后，我們需要為 Arduino 編寫代碼，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)PWM 信號(hào)，使用電位器輸入來(lái)控制 AC 信號(hào)的 ON/OFF 時(shí)序。我們以前在許多項(xiàng)目中使用過(guò) PWM 技術(shù)。

這個(gè)Arduino AC風(fēng)扇速度控制項(xiàng)目的完整代碼在這個(gè)項(xiàng)目的底部給出。下面給出代碼的逐步解釋。

第一步，聲明所有需要的變量，這些變量將在整個(gè)代碼中使用。這里 BT136 TRIAC 連接到 Arduino 的引腳 6。并且聲明了變量speed_val來(lái)存儲(chǔ)速度步長(zhǎng)的值。

int TRIAC = 6;
int speed_val =0;

接下來(lái)，在setup函數(shù)中，將TRIAC引腳聲明為輸出，因?yàn)?PWM 輸出將通過(guò)該引腳生成。然后，配置一個(gè)中斷來(lái)檢測(cè)過(guò)零。這里我們使用了一個(gè)名為attachInterrupt的函數(shù)，它將 Arduino 的數(shù)字引腳 3 配置為外部中斷，并在其引腳檢測(cè)到任何中斷時(shí)調(diào)用名為zero_crossing的函數(shù)。

無(wú)效設(shè)置（）
{
  pinMode（燈，輸出）；
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), zero_crossing, CHANGE);
}

在無(wú)限循環(huán)中，從連接在 A0 的電位器讀取模擬值，并將其映射到 (10-49) 的值范圍。

要找出這個(gè)范圍，我們必須做一個(gè)小計(jì)算。早些時(shí)候有人說(shuō)，每半個(gè)周期相當(dāng)于 10,000 微秒。所以這里的調(diào)光將被控制在 50 步，這是一個(gè)任意值，可以改變。這里的最小步數(shù)取為 10，而不是零，因?yàn)?0-9 步給出的功率輸出大致相同，最大步數(shù)取為 49，因?yàn)閷?shí)際上不建議采用上限（在這種情況下為 50）。

那么每一步的時(shí)間可以計(jì)算為 10000/50= 200 微秒。這將在代碼的下一部分中使用。

無(wú)效循環(huán)（）
{
    int pot=analogRead(A0);
    int data1 = map(pot, 0, 1023,10,49);
    speed_val=data1；
}

最后一步，配置中斷驅(qū)動(dòng)函數(shù)zero_crossing。在這里，可以通過(guò)將單個(gè)步進(jìn)時(shí)間乘以 no 來(lái)計(jì)算調(diào)光時(shí)間。的步驟。然后在此延遲時(shí)間之后，可以使用 10 微秒的小高脈沖觸發(fā) TRIAC，這足以打開(kāi) TRIAC。

無(wú)效過(guò)零（）
{
  int 斬波時(shí)間 = (200*speed_val);
  延遲微秒（chop_time）；  
  數(shù)字寫入（TRIAC，高）；
  延遲微秒（10）；
  數(shù)字寫入（TRIAC，低）；
}
下面給出了使用 Arduino 和 PWM進(jìn)行交流風(fēng)扇控制的完整代碼

int TRIAC = 6;

int speed_val=0;

無(wú)效設(shè)置（）

{

pinMode（TRIAC，輸出）；

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), zero_crossing, CHANGE);

}

void zero_crossing()

{

int Chop_time = (200*speed_val);

延遲微秒（chop_time）；

數(shù)字寫入（TRIAC，高）；

延遲微秒（10）；

數(shù)字寫入（TRIAC，低）；

}

無(wú)效循環(huán)（）

{

int pot=analogRead(A0);

int data1 = map(pot, 0, 1023,10,40);

speed_val=data1；

}