Stmívač světla řízený Arduinem. Stmívač světla ovládaný ovladačem Arduino Triac arduino

Pro systém „Smart Home“ je hlavním úkolem ovládání domácích spotřebičů z řídicího zařízení, ať už se jedná o mikrokontrolér Arduino, nebo mikropočítač Raspberry PI či jakýkoli jiný. To ale nelze udělat přímo, pojďme přijít na to, jak ovládat zátěž 220 V pomocí Arduina.

Pro ovládání střídavých obvodů mikrokontrolér nestačí ze dvou důvodů:

1. Vývod mikrokontrolér generuje se signál konstantního napětí.

2. Proud kolíkem mikrokontroléru je obvykle omezen na 20-40 mA.

Máme dvě možnosti spínání pomocí relé nebo pomocí triaku. Triak lze nahradit dvěma antiparalelně zapojenými tyristory (to je vnitřní struktura triaku). Pojďme se na to podívat blíže.

Řízení zátěže 220V s triakem a mikrokontrolérem

Vnitřní struktura triaku je znázorněna na obrázku níže.

Tyristor funguje následovně: když je na tyristor přivedeno napětí v propustném předpětí (plus na anodu a mínus na katodu), proud jím neprojde, dokud nepřivedete řídicí impuls na řídicí elektrodu.

Impuls jsem napsal z nějakého důvodu. Na rozdíl od tranzistoru je tyristor POLOŘÍZENÝ polovodičový spínač. To znamená, že po odstranění řídicího signálu bude proud přes tyristor dále protékat, tzn. zůstane otevřená. Chcete-li jej uzavřít, musíte přerušit proud v obvodu nebo změnit polaritu přiváděného napětí.

To znamená, že při držení kladného impulsu na řídicí elektrodě musí tyristor ve střídavém obvodu procházet pouze kladnou půlvlnou. Triak může procházet proud v obou směrech, ale od skládá se ze dvou vzájemně spojených tyristorů.

Polarita řídicích impulsů pro každý z vnitřních tyristorů musí odpovídat polaritě příslušné půlvlny, pouze pokud je tato podmínka splněna, bude triakem protékat střídavý proud. V praxi se takové schéma provádí běžně.

Jak jsem řekl, mikrokontrolér produkuje signál pouze jedné polarity, aby se signál shodoval, musíte použít ovladač postavený na opto-triaku.

Signál tedy rozsvítí vnitřní LED optočlenu, otevře triak, který vyšle řídící signál do výkonového triaku T1. MOC3063 a podobně lze použít jako optodriver, například na fotografii níže je MOC3041.

Obvod průchodu nulou - obvod detektoru průchodu fází. Potřebné k implementaci různých druhů triakových regulátorů na mikrokontroléru.

Pokud je obvod bez optodriveru, kde je přizpůsobení organizováno přes diodový můstek, ale na rozdíl od předchozí verze v něm není galvanické oddělení. To znamená, že při prvním přepětí může můstek prorazit a na výstupu mikrokontroléru bude vysoké napětí, což je špatně.

Při zapínání / vypínání výkonné zátěže, zejména indukční, jako jsou motory a elektromagnety, dochází k napěťovým rázům, proto musí být paralelně se všemi polovodičovými zařízeními instalován odlehčovací RC obvod.

Relé a Arduino

Chcete-li ovládat relé pomocí Arduina, musíte použít další tranzistor pro zesílení proudu.

Vezměte prosím na vědomí, že se používá bipolární tranzistor s reverzním vedením (struktura NPN), může to být domácí KT315 (milovaný a známý všem). Dioda je potřebná pro tlumení výbuchů vlastní indukčnosti EMF v indukčnosti, je to nutné, aby tranzistor neselhal z vysokého použitého napětí. Proč k tomu dochází, vysvětlí zákon komutace: "Proud v indukčnosti se nemůže okamžitě změnit."

A když je tranzistor uzavřen (odstranění řídicího impulsu), energie magnetického pole nahromaděného v cívce relé musí někam jít, proto je instalována reverzní dioda. Ještě jednou podotýkám, že dioda je zapojena v REVERZNÍM směru, tzn. katoda na kladnou, anoda na zápor.

Takový obvod si můžete sestavit vlastníma rukama, což je mnohem levnější a navíc jej můžete použít, určený pro jakékoli konstantní napětí.

Nebo si kupte hotový modul nebo celý štít s relé pro Arduino:

Fotografie ukazuje podomácku vyrobený štít, mimochodem, používá KT315G k zesílení proudu a níže vidíte stejný továrně vyrobený štít:

Závěr

Bezpečné řízení zátěže AC v první řadě znamená, že všechny výše popsané informace platí pro jakýkoli mikrokontrolér, nejen pro desku Arduino.

Hlavním úkolem je zajistit potřebné napětí a proud pro ovládání triaku nebo relé a galvanické oddělení řídicích obvodů a střídavého napájecího obvodu.

Kromě bezpečnosti pro mikrokontrolér se tímto způsobem pojistíte, abyste se při údržbě nezranili elektrickým proudem. Při práci s vysokým napětím musíte dodržovat všechny bezpečnostní předpisy, dodržovat PUE a PTEEP.

Tato schémata lze také použít. Triaky a relé v tomto případě fungují jako mezizesilovač a kondicionér signálu. U výkonných spínacích zařízení závisí velké řídicí proudy cívky přímo na výkonu stykače nebo spouštěče.

Alexej Bartoš

Arduino usnadňuje implementaci mnoha různých zařízení a funkcí, včetně spínání AC zátěže pomocí mechanického nebo polovodičového relé. Situace je ale trochu složitější, když musíte pomocí programu upravit jas lamp, protože již není možné omezit sílu proudu triakem.

Stmívač(z angličtiny dim - ztmavit, v ruštině - stmívač, ve francouzštině - variátor) - elektronické zařízení určené ke změně elektrického výkonu (regulátor výkonu). Obvykle se používá k nastavení jasu světla vyzařovaného žárovkami nebo LED žárovkami.

V tomto případě bude efektivnější použít stmívač Arduino, jehož účinnost je v tomto úkolu mnohem vyšší než u stejného simistru, vzhledem k nutnosti odvádět velké množství tepla. Pojďme zjistit, jak vytvořit stmívač, co je třeba napsat do softwarové části a jaké materiály potřebujete.

Možnost 1

Arduino stmívač 220 V je navržen tak, že obsahuje jednoduché sinusoidy ze zásuvek a vycházejí již ořezané. Nepřeskočí tedy část sinusoid, podle jejichž velikosti se bude měnit i průměrné napětí na zařízení. Změnou intervalů s nulovým napětím je tedy možné regulovat proud na výstupu pomocí stejného triaku.

Je důležité vybrat ten správný, protože se liší velikostí pouzdra a přijatelným proudem, například větší propouštějí napětí 800 voltů, což odpovídá 30 kW.

Budeme mít dvě možnosti. Teoretická a konkrétní alternativa, omlouvám se za analogie.

V první možnosti, aby byl projekt ovladatelný, budete potřebovat balíček sypkých materiálů, dále pár rezistorů a několik optočlenů. Většina komponent, jejichž úplný seznam popíšeme níže, se prodává za cent v každém obchodě s rádiem, takže pro vás nebude těžké shromáždit vše, co potřebujete.

Aby bylo připojení Arduino triaku pohodlnější, budete potřebovat několik terminálů, ale obejdete se bez nich. A k sestavení celého obvodu je potřeba navrhnout a vyrobit prkénko. Nejpohodlnější je použít 3D tiskárnu, ale můžete ji vytvořit i starou chemickou cestou.

Ve výsledku tak získáme Arduino stmívač 220 V, který rozbije odpovídající síť a vše budeme ovládat pomocí optočlenu, na který potřebujeme standardní blikač. Ukáže se tedy, že samotná deska zůstane odpojena pomocí síťového napětí, což přispěje k bezpečnosti inženýra i dalších uživatelů.

Ale pro včasné otevření simistru bude zařízení potřebovat vědět, kdy napětí prochází nulou, k čemuž se hodí druhý optočlen, který připojíme na opačnou stranu.

Pomocí takto jednoduchého obvodu získáme zařízení, které nám při každém průchodu napětí 0 v síti pošle signál a triak bude řízen pomocí horního optočlenu.

Budeme mluvit o tom, jaký algoritmus práce bude muset být programem napsán níže, ale pojďme nejprve zjistit, jaké nástroje a komponenty budete potřebovat k sestavení hardwaru projektu. Jak již bylo zmíněno, všechny bez problémů koupíte na trhu nebo v obchodě s radiotechnikou.

Možnost 2

Ve druhé možnosti upravíme jas svítilny připojené k obvodu sériovým portem. Jas lze změnit podle příkazů, které poskytujeme pro sériový port. V tomto projektu Arduino Dimmer budeme používat tyto specifické příkazy:

• 0 pro OFF
• 1 pro jas 25 %.
• 2 pro jas 50 %.
• 3 pro jas 75 %.
• 4 pro 100% jas

Navrhneme obvod stmívače pulzní vlny (PWM), který bude používat IRF830A v diodovém můstku, který se používá k ovládání napětí pulzně modulované (PWM) lampy. Napájecí napětí pro pohon hradla je napájeno napětím metaloxidového tranzistoru s efektem pole (MOSFET).

materiálů

Možnost 1

Pro pohodlí bychom měli nákupní seznam rozdělit na několik hlavních položek v závislosti na tom, k čemu budeme tyto nebo jiné nástroje používat. Takže budete muset sbírat:

1. Detektor překročení nuly. Pro tuto část projektu budete potřebovat H11AA11 s několika 10kΩ odpory, stejně jako 400V můstkový usměrňovač a pár dalších 30kΩ odporů. Pro pohodlí se vyplatí koupit 1 konektor a také 5,1V stabilizátor.
2. Ovladač lampy. Zde postačí jednoduchá LED, dále MOC3021 s odporem 220 Ohm (i více), dále odpor 470 Ohm a 1 kOhm a jeden triak, verze TIC, lze dokoupit i jiný konektor.
3. Pomocné prvky. Samozřejmě se při pájení neobejdete bez drátků a kousku textolitu 6 x 3 cm.

Když nasbíráte všechny potřebné prvky, přijde čas pájení, takže kromě výše uvedeného budete potřebovat také páječku a pájenou kalafunu. Desku si můžete nakreslit a vyrobit sami nebo použít speciální tiskárnu, pokud je k dispozici. Možnosti umístění kolejí naleznete na našich stránkách nebo si vše navrhněte sami, dle vašeho přání.

Možnost 2

Pro naši druhou alternativu potřebujeme:

1x odpor 330 ohmů
2x - 33K odpory
1x - 22K rezistor
1x odpor 220 ohmů
4x - diody 1N4508
1x - diody 1N4007
1x - Zenerova dioda 10V.4W
1x - Kondenzátor 2,2uF / 63V
1x - Kondenzátor 220nF / 275V
1x - Arduino / Arduino
1x - Optočlen: 4N35
1x - MOSFET: IRF830A
1x - Lampa: 100W
1x - Napájení 230V
1x - Zásuvka
1x - Pájecí deska a pájecí sada

Vytvoření desky

Zvážíme nejlevnější variantu - leptání desky ve fyziologickém roztoku, ale nejprve na ni budete muset nalepit projekt, který si můžete v programu libovolně vytvořit. Další montáž nepřináší žádné obtíže a tajemství, bude nutné použít patice pro optočleny a můstkové usměrňovače. Také při psaní textu, aby se označil prvek, by měl být zrcadlen, protože s LUT bude mít vytištěná kresba správnou podobu na medu a bude přenesena, abyste mohli bez problémů přečíst všechna potřebná data.

Dobrou volbou by byl TIC206, který dodá solidních 6 ampérů. Zde však stojí za zvážení, že ty vodiče, které jsou instalovány na desce, takový proud prostě nevydrží, takže se navíc vyplatí připájet drát k triakovému vodiči na konektorech a druhou část k jiným konektorům.

Také za přítomnosti optočlenu H11AA11 nelze použít můstkový usměrňovač, protože již má dvě neparalelní diody a také schopnost pracovat se střídavými proudy. Kompatibilita s piny 4N25 umožňuje jeho snadné zapojení do pájky pomocí dvou propojek mezi 5. a 7. rezistor v našem obvodu.

Ve druhé verzi bude schéma vypadat takto:

Jaký program je pro zařízení potřeba

Můžete si stáhnout hotový kód s knihovnami z webu nebo si jej napsat sami. Naštěstí program Arduino stmívače není moc těžký a stačí počítat s tím, že nulový signál se bude generovat v přerušeních, která v triaku na určitou dobu sepnou.

Jediné, co stojí za zvážení, je použití smyčkové proměnné, její počáteční hodnota by měla být nastavena nikoli na 0, ale na 1 a maximální krok se pohybuje od 1 do 5. Vyhovovat nám tedy budou dva typy rozsahů měření - od 2 až 126 a od 0 do 128.

Kód pro alternativní možnost je následující:

Technologický proces montáže

Blikač na Arduinu je bez problémů sestaven na prkénku a neexistují žádné funkce při pájení hotového prkénka. Jediné, na co byste neměli zapomenout na poznámky výše, je připájení jednoho drátu k triaku, aby se nespálily stopy na desce vybudováním správného přerušení. Jinak finální projekt zvládne bez problémů sestavit i začátečník díky jeho jednoduchosti.

Jak to vypadá v reálu:

Nastavení a testování zařízení

Naše druhá možnost funguje takto (video ukazuje, jak je k zařízení přivedena baterka):

Připojte již připájený stmívač Arduino k Arduinu a pohybujte potenciometrem, dokud nedosáhnete maximálního a minimálního svitu žárovky. Abyste viděli skutečný obraz vlny, stačí použít osciloskop schopný měřit napětí do 12 voltů.

Přímé připojení ale také nelze, zde se hodí dělič napětí v poměru 1 ku 20; aby se odpory ještě jednou nezahřívaly, stačí nominální hodnota dvě stě deset kiloohmů. Po pečlivém připojení lze zařízení připojit k síti a nakonec vidět výsledky jejich práce.

Touto lekcí začínám sérii článků o spínacích regulátorech, digitálních regulátorech a zařízeních pro řízení výstupního výkonu.

Cíl, který jsem si stanovil, je vývoj ovladače pro lednici na Peltierově článku.

Uděláme obdobu mého vývoje, pouze implementovanou na bázi Arduino desky.

• Tento vývoj zaujal mnohé a sesypaly na mě dopisy s žádostmi o jeho implementaci na Arduinu.
• Vývoj je ideální pro studium hardwaru a softwaru digitálních regulátorů. Kromě toho kombinuje mnoho úkolů probraných v předchozích lekcích:
  • měření analogových signálů;
  • práce s tlačítky;
  • připojení indikačních systémů;
  • měření teploty;
  • práce s EEPROM;
  • spojení s počítačem;
  • paralelní procesy;
  • a mnohem víc.

Vývoj budu rozvíjet postupně, krok za krokem, vysvětlovat své činy. Jaký bude výsledek - nevím. Doufám v plnohodnotný pracovní projekt ovladače chladničky.

Nemám hotový projekt. Lekce budu psát podle aktuálního stavu, takže při testech se může ukázat, že jsem v nějaké fázi udělal chybu. opravím. To je lepší než já ladit vývoj a vydávat hotová řešení.

Rozdíly mezi vývojem a prototypem.

Jediným funkčním rozdílem oproti vývoji prototypu na PIC regulátoru je absence rychlého regulátoru napětí, který kompenzuje zvlnění napájecího napětí.

Tito. tato verze zařízení musí být napájena stabilizovaným zdrojem s nízkou úrovní zvlnění (ne více než 5 %). Tyto požadavky splňují všechny moderní spínané zdroje.

A možnost napájení z nestabilizovaného zdroje (transformátor, usměrňovač, kapacitní filtr) je vyloučena. Rychlost systému Arduino neumožňuje rychlý regulátor napětí. Doporučuji přečíst si o požadavcích na výkon Peltierova prvku.

Vývoj celkové struktury zařízení.

V této fázi musíte porozumět obecně:

• z jakých prvků se systém skládá;
• na jakém ovladači jej provést;
• zda je dostatek výstupů a funkčnosti regulátoru.

Ovladač si představuji jako „černou skříňku“ nebo „popelnici“ a připojuji k němu vše potřebné. Pak koukám, jestli je pro tyto účely vhodná např. deska Arduino UNO R3.

V mém výkladu to vypadá takto.

Nakreslil jsem obdélník - ovladač a všechny signály nutné k propojení prvků systému.

Rozhodl jsem se, že se potřebuji připojit k desce:

• LCD indikátor (pro zobrazení výsledků a režimů);
• 3 tlačítka (pro ovládání);
• LED indikace chyby;
• klíč ovládání ventilátoru (pro zapnutí ventilátoru chladiče na horké straně);
• spínací klíč stabilizátoru (pro nastavení výkonu Peltierova prvku);
• analogový vstup pro měření zátěžového proudu;
• analogový vstup pro měření napětí zátěže;
• teplotní čidlo v komoře (přesné 1-drátové čidlo DS18B20);
• čidlo teploty radiátoru (ještě jsme se nerozhodli jaké čidlo, spíše také DS18B20);
• počítačové komunikační signály.

Celkem bylo 18 signálů. Deska Arduino UNO R3 nebo Arduino NANO má 20 pinů. V záloze zbývají ještě 2 závěry. Možná budete chtít připojit další tlačítko, nebo LED, nebo čidlo vlhkosti, nebo ventilátor studené strany... Potřebujeme 2 nebo 3 analogové vstupy, deska má 6. To znamená. vše nám vyhovuje.

Čísla pinů můžete přiřadit okamžitě, během vývoje ano. Ihned jsem jmenoval. Připojení probíhá pomocí konektorů, které můžete vždy změnit. Mějte na paměti, že přiřazení špendlíků není konečné.

impulsní stabilizátory.

Pro přesnou stabilizaci teploty a provoz Peltierova prvku v optimálním režimu je nutné na něm upravit výkon. Regulátory jsou analogové (lineární) a pulzní (klíčové).

Analogové regulátory jsou regulačním prvkem a zátěží zapojenou do série se zdrojem energie. Změnou odporu regulačního prvku se upravuje napětí nebo proud na zátěži. Jako regulační prvek se zpravidla používá bipolární tranzistor.

Ovládací prvek pracuje v lineárním režimu. Přiděluje se mu výkon „navíc“. Při vysokých proudech jsou stabilizátory tohoto typu velmi horké, mají nízkou účinnost. Typickým lineárním regulátorem napětí je čip 7805.

Tato varianta nám nevyhovuje. Vyrobíme si pulzní (klíčový) stabilizátor.

Spínací stabilizátory jsou různé. Potřebujeme spínací regulátor. Napětí zátěže v takových zařízeních je vždy nižší než napájecí napětí. Obvod redukčního spínacího regulátoru vypadá takto.

A toto je schéma regulátoru.

Tranzistorový VT pracuje v režimu klíče, tzn. může mít pouze dva stavy: otevřený nebo zavřený. Řídicí zařízení, v našem případě mikrokontrolér, spíná tranzistor s určitou frekvencí a pracovním cyklem.

• Když je tranzistor otevřený, proud teče obvodem: napájení, tranzistorový spínač VT, induktor L, zátěž.
• Když je klíč otevřený, energie uložená v induktoru je dodávána do zátěže. Obvodem protéká proud: induktor, VD dioda, zátěž.

Konstantní napětí na výstupu regulátoru tedy závisí na poměru doby otevřeného (topen) a zavřeného klíče (tclose), tzn. na pracovním cyklu řídicích impulsů. Změnou pracovního cyklu může mikrokontrolér změnit napětí na zátěži. Kondenzátor C vyhlazuje zvlnění výstupního napětí.

Hlavní výhodou tohoto způsobu regulace je vysoká účinnost. Tranzistor je vždy zapnutý nebo vypnutý. Proto se na něm rozptyluje málo energie - vždy se buď napětí na tranzistoru blíží nule, nebo je proud 0.

Jedná se o klasický spínací obvod regulátoru. V něm se klíčový tranzistor odtrhne od společného vodiče. Tranzistor je obtížně ovladatelný, což vyžaduje speciální obvody předpětí na kolejnici napájecího napětí.

Tak jsem změnil schéma. V něm je zátěž odpojena od společného vodiče, ale ke společnému vodiči je připojen klíč. Toto řešení umožňuje ovládat tranzistorový spínač ze signálu mikrokontroléru pomocí jednoduchého proudového budiče-zesilovače.

• Když je klíč zavřený, proud vstupuje do zátěže přes obvod: napájení, induktor L, klíč VT (cesta proudu je zobrazena červeně).
• Když je klíč otevřený, energie nahromaděná v induktoru se vrací do zátěže přes regenerační diodu VD (cesta proudu je znázorněna modře).

Praktická implementace klíčového regulátoru.

Potřebujeme implementovat uzel spínacího regulátoru s následujícími funkcemi:

• aktuální klíčový ovladač (klíč, tlumivka, regenerační dioda, vyhlazovací kondenzátor);
• obvod pro měření zátěžového napětí;
• obvod měření proudu regulátoru;
• hardwarová nadproudová ochrana.

Prakticky beze změn jsem převzal obvod regulátoru od.

Schéma spínacího regulátoru pro práci s deskou Arduino.

Jako vypínač jsem použil MOSFET tranzistory IRF7313. V článku o zvýšení výkonu regulátoru Peltierova prvku jsem podrobně psal o těchto tranzistorech, o možné náhradě a o požadavcích na klíčové tranzistory pro tento obvod. Zde je odkaz na technickou dokumentaci.

Na tranzistorech VT1 a VT2 je sestaven klíčový ovladač tranzistoru MOSFET. To je jen proudový zesilovač, napěťově dokonce zeslabuje signál na cca 4,3 V. Klíčový tranzistor proto musí být nízkoprahový. Existují různé způsoby, jak implementovat ovladače MOSFET. Včetně použití integrovaných ovladačů. Tato možnost je nejjednodušší a nejlevnější.

Pro měření napětí na zátěži se používá dělič R1, R2. S takovými hodnotami odporu a zdrojem referenčního napětí 1,1 V je rozsah měření 0 ... 17,2 V. Obvod umožňuje měřit napětí na druhé svorce zátěže vzhledem ke společnému vodiči. Vypočítáme napětí na zátěži, když známe napětí zdroje energie:

Uload = Usupply - Uměřeno.

Je jasné, že přesnost měření bude záviset na stabilitě udržování napětí napájecího zdroje. Ale nepotřebujeme vysokou přesnost měření napětí, proudu, výkonu zátěže. Potřebujeme přesně měřit a udržovat pouze teplotu. Změříme to s vysokou přesností. A pokud systém ukáže, že Peltierův článek má výkon 10 W, ale ve skutečnosti to bude 10,5 W, nijak to neovlivní chod zařízení. To platí pro všechny ostatní energetické parametry.

Proud se měří pomocí odporového čidla proudu R8. Komponenty R6 a C2 tvoří jednoduchý dolní propust.

Nejjednodušší hardwarová ochrana je namontována na prvcích R7 a VT3. Pokud proud v obvodu překročí 12 A, pak napětí na rezistoru R8 dosáhne prahu otevření tranzistoru 0,6 V. Tranzistor otevře a sepne RES (reset) pin mikrokontroléru vůči zemi. Všechno by se mělo vypnout. Bohužel práh pro takovou ochranu je určen napětím báze-emitor bipolárního tranzistoru (0,6 V). Z tohoto důvodu ochrana funguje pouze při významných proudech. Můžete použít analogový komparátor, ale to zkomplikuje obvod.

Proud bude měřen přesněji se zvýšením odporu proudového snímače R8. Ale to povede k uvolnění významné síly na něm. I při odporu 0,05 ohmů a proudu 5 A se na rezistoru R8 rozptýlí 5 * 5 * 0,05 = 1,25 wattu. Všimněte si, že odpor R8 má výkon 2 watty.

Nyní, jaký proud měříme. Měříme proudový odběr spínacího regulátoru ze zdroje. Obvod pro měření tohoto parametru je mnohem jednodušší než obvod pro měření zatěžovacího proudu. Náš náklad je „odvázán“ ze společného drátu. Aby systém fungoval, je nutné změřit elektrický výkon na Peltierově článku. Výkon spotřebovaný regulátorem vypočítáme vynásobením napájecího napětí odebíraným proudem. Předpokládejme, že náš regulátor má účinnost 100 % a rozhodneme, že se jedná o výkon na Peltierově článku. Ve skutečnosti bude účinnost regulátoru 90-95%, ale tato chyba nijak neovlivní provoz systému.

Komponenty L2, L3, C5 jsou jednoduchý RFI filtr. Možná to nebude nutné.

Výpočet plynu klíčového stabilizátoru.

Plyn má dva parametry, které jsou pro nás důležité:

• indukčnost;
• saturační proud.

Potřebná indukčnost induktoru je určena frekvencí PWM a přípustným zvlněním proudu induktoru. Informací na toto téma je mnoho. Uvedu nejjednodušší výpočet.

Přivedli jsme napětí na induktor a proud přes něj začal proud zvyšovat. Zvýšení se ale nedostavilo, protože v okamžiku, kdy jsem byl zapnut, již protékal nějaký proud induktorem).

Tranzistor je otevřený. Napětí je připojeno k škrticí klapce:

Uchoke = Usupply - Uload.

Proud induktorem se začal zvyšovat podle zákona:

Ichoke = Uchoke * topen / L

• topen - doba trvání impulsu veřejného klíče;
• L - indukčnost.

Tito. hodnota zvlněného proudu induktoru nebo o kolik se proud zvýšil během doby otevřeného klíče je určeno výrazem:

Ioff - Ion = Uchoke * topen / L

Napětí zátěže se může změnit. A určuje napětí na škrticí klapce. Existují vzorce, které s tím počítají. Ale v našem případě bych vzal následující hodnoty:

• napájecí napětí 12 V;
• minimální napětí na Peltierově článku 5 V;
• znamená maximální napětí na škrticí klapce 12 - 5 \u003d 7 V.

Doba trvání impulsu topenu veřejného klíče je určena frekvencí periody PWM. Čím vyšší je, tím menší indukčnost induktor potřebuje. Maximální frekvence PWM desky Arduino je 62,5 kHz. Jak takovou frekvenci získat, vám řeknu v další lekci. My toho využijeme.

Vezměme si nejhorší případ – PWM se přepne přesně v polovině období.

• Doba trvání 1/62500 Hz = 0,000016 s = 16 µs;
• Doba trvání veřejného klíče = 8 µs.

Zvlnění proudu v takových obvodech je obvykle nastaveno na 20 % průměrného proudu. Nezaměňujte se zvlněním výstupního napětí. Jsou vyhlazeny kondenzátory na výstupu obvodu.

Pokud povolíme proud 5 A, pak vezmeme zvlnění proudu 10% nebo 0,5 A.

L = Uchoke * topen / Ipulsace = 7 * 8 / 0,5 = 112 μH.

Saturační proud induktoru.

Všechno na světě má své hranice. A plyn taky. Při určitém proudu přestává být indukčností. Toto je saturační proud induktoru.

V našem případě je maximální proud induktoru definován jako průměrný proud plus zvlnění, tzn. 5,5 A. Ale je lepší zvolit saturační proud s rezervou. Pokud chceme, aby v této verzi obvodu fungovala hardwarová ochrana, pak musí být minimálně 12 A.

Saturační proud je určen vzduchovou mezerou v magnetickém jádru induktoru. V článcích o regulátorech Peltierových prvků jsem mluvil o konstrukci škrticí klapky. Pokud začnu toto téma podrobně rozšiřovat, pak opustíme Arduino, programování a nevím, kdy se vrátíme.

Můj plyn vypadá takto.

Přirozeně musí mít vodič vinutí induktoru dostatečný průřez. Výpočet je jednoduchý - stanovení tepelných ztrát aktivním odporem vinutí.

Aktivní odpor vinutí:

Ra = ρ * l / S,

• Ra je aktivní odpor vinutí;
• Ρ – měrný odpor materiálu, pro měď 0,0175 Ohm mm2/m;
• l je délka vinutí;
• S je průřez vodiče vinutí.

Tepelné ztráty na aktivním odporu induktoru:

Klíčový regulátor odebírá slušný proud z napájecího zdroje a tento proud by neměl procházet deskou Arduino. Schéma ukazuje, že vodiče z napájecího zdroje jsou připojeny přímo k blokovacím kondenzátorům C6 a C7.

Hlavní pulzní proudy obvodu procházejí obvodem C6, zátěž, L1, D2, R8. Tento řetěz musí být uzavřen články s minimální délkou.

Společný vodič a napájecí sběrnice desky Arduino jsou připojeny k blokovacímu kondenzátoru C6.

Signální vodiče mezi deskou Arduino a modulem regulátoru klíče musí mít minimální délku. Kondenzátory C1 a C2 je nejlepší umístit na konektory k desce.

Sestavil jsem obvodovou desku. Pájené pouze potřebné součástky. Můj sestavený obvod vypadá takto.

Nastavil jsem PWM na 50 % a zkontroloval činnost obvodu.

• Při napájení z počítače tvořila deska dané PWM.
• S autonomním napájením z externího zdroje vše fungovalo skvěle. Na plynu se tvořily pulsy s dobrými čely, na výstupu bylo konstantní napětí.
• Když jsem zapnul napájení z počítače i externího zdroje současně, shořela deska Arduino.

Moje hloupá chyba. Řeknu vám to, aby to nikdo neopakoval. Obecně platí, že při připojování externího zdroje musíte být opatrní, prozvonit všechna připojení.

Stalo se mi následující. V obvodu nebyla žádná dioda VD2. Po tomto průšvihu jsem to přidal. Přišel jsem na to, že desku lze napájet z externího zdroje přes pin Vin. Sám v lekci 2 napsal, že desku lze napájet z externího zdroje přes konektor (signál RWRIN). Ale myslel jsem, že je to stejný signál, jen na jiných konektorech.

Připojil jsem napájecí zdroj (nezapojený) a kabel desky Arduino do USB portu počítače. Z USB konektoru bylo na výstup stabilizátoru desky U1 NCP1117 přivedeno napětí +5 V. A vstup se ukázal jako uzavřený přes docela nízký odpor vypnutého zdroje. Schéma je v

Stmívač na bázi Arduina je jedním ze stovek jednoduchých a zajímavých zařízení, se kterými můžete plynule měnit síťové napětí z 0 na nominální hodnotu. Každý uživatel Arduina najde využití pro takový užitečný domácí produkt a zkušenosti získané při montáži vlastníma rukama doplní vaši znalostní základnu.

Schéma a princip jeho činnosti

Jako většina levných stmívačů i tento obvod funguje na principu regulace fázového napětí, které je dosaženo násilným rozepnutím vypínače – triaku. Princip činnosti obvodu je následující. Arduino na softwarové úrovni generuje impulsy, jejichž frekvence se nastavuje odporem potenciometru. Řídicí impuls z pinu P1 prochází optočlenem MOC3021 a vstupuje do řídicí elektrody triaku. Otevírá a prochází proudem, dokud půlvlna síťového napětí neprojde nulou, poté se uzavře. Pak přijde další impuls a cyklus se opakuje. Posunem řídicích impulsů se v zátěži vytvoří část sinusoidy odříznutá podél čela.

Aby se triak otevřel v souladu s daným algoritmem, musí být frekvence opakování impulsů synchronizována se síťovým napětím 220 V. Jinými slovy, Arduino musí vědět, v jakém bodě sinusovka síťového napětí prochází nulou. K tomuto účelu je ve stmívači na prvcích R3, R4 a PC814 implementován zpětnovazební obvod, jehož signál je přiváděn na výstup P2 a analyzován mikrokontrolérem. Do obvodu nulového detektoru je přidán rezistor R5 10 kΩ, který je potřebný pro napájení výstupního tranzistoru optočlenu.

Jeden výkonový výstup triaku je připojen k fázovému vodiči a zátěž je připojena k druhému. Nulový vodič sítě 220 V přímo navazuje na svorkovnici J1 na J2 a poté na zátěž. Použití optočlenů je nutné pro galvanické oddělení silové a nízkonapěťové části obvodu stmívače. Potenciometr (na obrázku není znázorněn) je připojen středním výstupem k libovolnému analogovému vstupu Arduino a dva krajní jsou připojeny k +5 V a „společnému“.

PCB a montážní díly

Minimum rádiových prvků umožňuje navrhnout jednostranný plošný spoj, jehož rozměr nepřesahuje 20x35 mm. Jak je patrné z obrázku, není na něm žádný proměnný rezistor, aby si radioamatér mohl samostatně vybrat potenciometr vhodného tvaru a určit místo jeho uchycení k tělu hotového stmívače. Připojení k Arduinu je provedeno pomocí vodičů, které jsou připájeny do odpovídajících otvorů na desce.

K sestavení stmívače řízeného Arduinem pro kutily budete potřebovat následující rádiové prvky a díly:

1. Triak BT136-600D, schopný odolat zpětnému napětí až 600 V a propouštět proud až 4 A do zátěže (samozřejmě s předmontáží na radiátor). V obvodu lze použít triak s větší nosností. Hlavní věcí je zajistit odvod tepla z jeho těla a správně zvolit proud do řídicí elektrody (referenční parametr). Když je elektrický spotřebič s vysokým výkonem připojen k zátěži, bude nutné přepočítat šířku tištěných vodičů ve výkonové části obvodu. Alternativně mohou být napájecí dráhy duplikovány na druhé straně desky.
2. MOC3021 optočlen s triakovým výstupem.
3. Optočlen PC814 s tranzistorovým výstupem.
4. Rezistory o jmenovité hodnotě 1 kOhm, 220 Ohm, 10 kOhm o výkonu 0,25 W a 2 odpory o 51 kOhm o výkonu 0,5 W.
5. Proměnný odpor 10 kΩ.
6. Svorkovnice - 2 ks, se dvěma konektory a roztečí 5 mm.

Všechny potřebné soubory projektu jsou v archivu ZIP: dimmer-arduino.zip

Algoritmus řízení Arduino

Řídicí program triaku byl vytvořen na základě časovače Timer1 a knihovny Cyber.Lib, díky čemuž nedochází k ovlivnění chodu ostatních programových kódů. Princip jeho fungování je následující. Když síťové napětí projde nulou „zdola nahoru“, časovač se překonfiguruje na reverzní přechod „shora dolů“ a začne odpočítávat čas v souladu s hodnotou proměnné „Dimmer“. Ve chvíli, kdy se spustí časovač, Arduino vygeneruje řídicí impuls a triak se otevře. Při dalším průchodu nulou triak přestane procházet proud a čeká na další operaci časovače. A tak 50krát za sekundu. Proměnná "Dimmer" je zodpovědná za úpravu zpoždění pro otevření triaku. Čte a zpracovává signál z potenciometru a může nabývat hodnoty od 0 do 255.

Rozsah stmívače na Arduinu

Použití drahého Arduina k ovládání jasu halogenových žárovek je samozřejmě zbytečné. Pro tento účel je lepší nahradit konvenční spínač komerčně vyráběným stmívačem. Dimmer na Arduinu je schopen vyřešit závažnější problémy:

• ovládání libovolného druhu aktivní zátěže (teplota ohřevu páječky, průtokového ohřívače vody atd.) s přesným zachováním nastaveného parametru;
• vykonávat více funkcí současně. Například pro zajištění hladkého ranního rozsvícení (večerního zhasnutí) světla a také pro kontrolu teploty a vlhkosti terária.

Jak se mění napětí v zátěži, můžete vidět pomocí osciloskopu. K tomu je na výstupní svorky stmívače připájen odporový dělič, díky kterému by se měl signál v řídicím bodě snížit asi 20krát. Poté jsou sondy osciloskopu připojeny k děliči a obvod je napájen. Změnou polohy knoflíku potenciometru můžete na obrazovce osciloskopu vidět, jak plynule Arduino ovládá triak a zda je přítomen vysokofrekvenční šum.

Přečtěte si také

Zamysleme se nad jednou zajímavou a užitečnou otázkou. Stmívač pro úpravu AC zátěže pomocí arduina. To znamená, že jde o plynulé ovládání takových síťových zařízení, jako jsou lampy, topidla ve formě topných těles nebo podlahového vytápění.
Před pár týdny bylo na druhém kanálu, který je kompletně věnován programování arduina, zveřejněno video o ovládání DC zátěže pomocí PWM signálu. To, co nyní sledujete, mělo být také zveřejněno na tomto kanálu. Ale rozhodl jsem se to zveřejnit.

Rádiové díly, komponenty a zařízení v tomto čínském obchodě.

Střídavý proud ve výstupu je sinusoida, to znamená, že napětí se v průběhu času neustále mění a každých 10 milisekund je nulové. Pokud jste sledovali video o signálu PWM, pak pochopíte, že ho nebudete moci vzít a začít regulovat sinusoidu.

Zařízení, které budeme vyrábět, se nazývá stmívač. Zahrnuje běžné sinusoidy ze zásuvky a vychází odříznutý. Stmívač neprojde částí sinusoidy. A čím větší je tato část, tím nižší je průměrné napětí. Změnou intervalů, kdy je napětí nulové, budeme regulovat celkové výstupní napětí. Otevírá a zavírá napětí takového kusu železa jako triak. Jsou v různých případech a pro různé proudy. Například velký chlap může propustit 40 ampérů při napětí 800 voltů. Což je asi 30 kW.

Chcete-li ovládat triak ve správný čas, potřebujete sáček sypkého prášku. Několik rezistorů a dva optočleny. To vše se dá koupit za babku v každém obchodě s rádiovými díly nebo na rádiovém trhu. Pro snadné připojení můžete vzít terminály. A celý obvod můžete sestavit na prkénku. Schéma zapojení vypadá takto.

Triak rozbije 220v síť, arduino ji otevře a zavře přes optočlen. To znamená, že samotné arduino bude pro naši bezpečnost opticky izolováno síťovým napětím. A důležitý bod. Aby bylo možné triak včas otevřít, musí arduino vědět, kdy síťové napětí prochází 0. K tomu je v opačném směru zapojen druhý optočlen. A na výstupu z něj dostaneme signál pokaždé, když napětí v síti projde 0. A triak ovládáme přes horní optočlen. Algoritmus práce je o něco později.

Pojďme sestavit obvod v hardwaru

V ideálním případě by se takové věci měly dělat na potištěných šatech. O na kanálu brzy samostatný cyklus videolekcí. Ukážeme si, jak chovat prkna a jak jedovat. Mezitím nevíme, jak vyrobit desky plošných spojů, existují ještě dva způsoby. Prvním je sestavení obvodu na prkénku. Co budeme dělat za minutu? A druhým je objednat výrobu desek od Číňanů. Na platformě easyeda jsem vyrobil několik variant desek. První - na malém sedmipodlažním, druhý - na velkém sedmipodlažním. A třetí je tříkanálový stmívač. Který má jeden společný vstup a jeden společný výstup nulového detektoru. Tři zátěžové výstupy a 3 piny pro ovládání tří arduino triaků. Obvod lze snadno škálovat a vytvořit stmívač pro libovolný počet kanálů.

Chcete-li objednat desky, musíte z projektu vytáhnout soubory Gerber. Stiskneme tlačítko a dostaneme se na stránku pro objednání desek ze služby easyeda. A stisknutím tlačítka stáhněte soubory gerber. Jsou staženy v jednom archivu. Jdeme na webovou stránku služby lg psb. Jedná se o jednu z nejlevnějších a největších služeb výroby desek plošných spojů v průmyslovém měřítku s dodáním. Nejprve se pro jistotu přihlásíme. Přejděte do nákupního košíku a přidejte novou objednávku. A přidejte soubor gerber, tedy stejný archiv. Platba je jednovrstvá. Vyberte jednu vrstvu. Rozměry, jak vidíte, se nastavují automaticky. Množství – Minimální objednávka je 5 kusů. Tloušťka textolitu, barva. Nechte červenou. Toto je barva masky, kterou je deska pokryta. Pájka se volí tak, aby zakryla stopy. Toto je cín-olovo, bezolovnaté a něco jiného, ​​co neznáme. Dále, tloušťka měděné fólie není textolitová. No, z nějakého důvodu je cena dvojnásobná. Jsou tam zlaté prsty. Jedná se o hřeben pro vložení desky do konektoru. Pak můžete dostat zaplaceno touto formou. A můžete přerušit extrémní kontakty. Ale nic z toho není potřeba. Uložíme košík. Jak vidíte, cena za 5 desek je 2 dolary. To znamená, že je to asi 25 rublů za jeden poplatek. Desky průmyslové kvality nedostanou téměř nic.

Jediná věc je doručení. Musíte zadat svou adresu. Pro pohodlí obvykle používáme službu transliterace, která překládá ruská písmena do transliterace. No, doručení. 30 dolarů za kurýra a standardní - 250 rublů za zaslání poštou. DHL nepracuje s jednotlivci. Pokud neexistují žádní známí společnosti, je lepší nekontaktovat a počkat několik týdnů poštou. Za tento případ můžete zaplatit paypalem nebo kreditní kartou. Obecně jsem objednal desky plošných spojů, a zatímco jsou na cestě, sestavíme obvod na prkénku.

Tento projekt montáže regulátoru střídavého proudu je projekt, který lze sestavit na prkénko při pohledu na rozložení PCB. To znamená, že komponenty vkládáme do rozložení stejným způsobem jako na pečeti. A vše spojujeme s nožičkami samotných komponentů. Zde se například triak dostane jak na svorkovnice, tak na optočlen. Bereme a pájíme. Můžete také použít life hack z videa o svářečce baterií. To znamená, že vytiskněte rozložení desky, nalepte ji na prkénko a připájejte se zaměřením na stopy. A po 10 minutách práce s pinzetou a páječkou se získá deska. Kompaktní.
Pro spojení se používá mnoho komponent. Jediné, co bylo, bylo propojit společný výstup kouskem měděného drátu. Důležitý bod. Pájíme glycerinovým tavidlem a jeho stopy jsou vidět. On září. Stmívač pracuje s napětím 220v a proráží tok a nepracuje stabilně. Nebo dokonce vyhořet. Vezmeme proto kartáček a jdeme čistit. Přebytek jsme odstřihli nůžkami na kov a uhladili okraj. A je to, stmívač je připraven. Zdravé a kompaktní.
Při ořezávání prkénka jsem sestavil verzi s velkým chlapem. K triaku je přímé připojení pomocí podložek. Levý je východ, prostřední vchod a pravý společný vstup a výstup. Je v něm pouze jeden odpor. Samotný triak je nalepen na oboustranné pásce. V ideálním případě by měly být podložky přišroubované. No, to bude stačit. Všechno. Pájené jednoduše, s nožičkami rezistorů. Tato deska je potřeba v jednom z následujících projektů. Zkuste v komentářích hádat, co by to mohlo být.
Nyní se konečně podívejme na algoritmus, pomocí kterého funguje řízení triaku. Takže budeme ovládat triak pomocí arduina. Firmware je napsán ve speciálním programu. Jsou zde dva důležité body. Prvním je příjem signálu z výstupu nulového detektoru, který hlásí, že sinusovka síťového napětí protne napětí 0 voltů. Výstup nulového detektoru je připojen k obsluze hardwarového přerušení. Toto je druhý pin arduina. A kolík je přitažen k zemi pomocí odporu 10 kiloohmů. Vnitřní podšívka nefunguje. Nevíme proč. Na rozdíl od všech firmwarů na internetu, algoritmus nepoužívá zpoždění. To znamená, že ovládání triaku nezasahuje do provádění zbytku programového kódu. To je realizováno pomocí časovače timer-1. Protože použití normálních počítadel bude mít za následek nějaké blikání každých pár minut.
Pro pohodlnou práci s časovačem nám slouží knihovna smart cyberlip. Obecně je podstatou to, že jakmile je detekován přechod nulou zespodu, je to bod, časovač se spustí na dobu stmívání a přerušení je překonfigurováno na přechod nuly napětí shora dolů. A čas je pryč. Po spuštění časovače triak otevře proud ke spotřebiči. Jakmile přerušení nahradí přechod nulou shora dolů, zastaví časovač a znovu se vynuluje. A také vypne proud přes triak. A tak se to opakuje 50x za sekundu.

Pro nastavení doby, po které se triak otevře po projetí nulou, slouží potenciometr. Proměnné stmívače musí nabývat hodnot od 0 do 255. Jedná se o plný a minimální jas. A to je vše. Připomínám, že všechna schémata a náčrt lze stáhnout na stránce projektu. Odkaz v popisu pod videem.

Stmívač lze použít pro více než jen ovládání jasu. Mnohem větší zajímavostí je zpětnovazební řídicí systém topného tělesa. Pro přesné udržení nastavené teploty.
Stmívač lze také použít v systémech, jako je chytrá domácnost, a ovládání tohoto stmívače přes internet. Chcete-li to provést, musíte být schopni psát programy pro Windows, Android nebo pro web.

Přišly čínské desky s plošnými spoji. Opakujeme, pokud jste fyzická osoba, pak je lepší objednávat poštou. Přes dhl jsem se musel schovat za známou firmu a přeevidovat doklady na celnici. Suma sumárum, jsou to krásné potisky. Vzhledem k tomu, že každý stojí 25 rublů, doufáme, že je to pro Číňany alespoň trochu výhodné. Jinak je to trapné.

Jeden stmívač jsme odpájeli a připojili k arduinu, stejně jako předtím. Pohneme potenciometrem, záře žárovky se změní z maxima na sotva doutnající. Opravdu, zajímavá podívaná.

Pravděpodobně se celé video chtělo podívat na skutečný průběh na výstupu stmívače. Odpovídá to vyobrazeným obrázkům? Použijme levný čínský osciloskop, který dokáže měřit napětí až 12 voltů. Stop. To nemůžeš. Pro měření síťového napětí musíte použít něco jako dělič napětí. Vhodný je poměr 1 ku 20. Aby se rezistory nezahřívaly, vzal jsem nominální hodnoty dvě stě deset kiloohmů. Vše pečlivě zapojíme a teprve poté zapneme do sítě. Je to životu nebezpečné. A vidíme stejnou krásu jako na obrázcích. Je vidět, jak se napětí v periodách sinusoidy objevuje, dosahuje nuly a mizí. Pro opětovné zapnutí časovače v dalším půlcyklu. Velkolepá podívaná!