التحكم في سرعة مروحة التيار المتردد باستخدام اردوينو والترياك

تحذير!! مخطط الدائرة الذي تمت مناقشته في هذا المشروع هو للأغراض التعليمية فقط. يرجى العلم أن العمل بجهد التيار المتردد 220 فولت يتطلب احتياطات قصوى ويجب اتباع إجراءات السلامة. لا تلمس أيًا من المكونات أو الأسلاك أثناء تشغيل الدائرة.

من السهل تشغيل أو إيقاف تشغيل أي جهاز منزلي باستخدام مفتاح أو باستخدام بعض آليات التحكم كما فعلنا في العديد من مشاريع أتمتة المنزل القائمة على Arduino. ولكن هناك الكثير من التطبيقات التي نحتاج فيها إلى التحكم في طاقة التيار المتردد جزئيًا ، على سبيل المثال ، للتحكم في سرعة المروحة أو شدة المصباح. في هذه الحالة ، يتم استخدام تقنية PWM ، لذلك سنتعلم هنا كيفية استخدام PWM الذي تم إنشاؤه بواسطة Arduino للتحكم في سرعة مروحة التيار المتردد باستخدام Arduino.

في هذا المشروع ، سوف نعرض التحكم في سرعة مروحة Arduino AC باستخدام TRIAC. هنا يتم استخدام طريقة التحكم في الطور لإشارة التيار المتردد للتحكم في سرعة مروحة التيار المتردد ، باستخدام إشارات PWM الناتجة عن Arduino. في البرنامج التعليمي السابق ، قمنا بالتحكم في سرعة مروحة التيار المستمر باستخدام PWM.

المكونات مطلوبة

1. اردوينو UNO
2. 4N25 (كاشف العبور الصفري)
3. 10 كيلو الجهد
4. MOC3021 0pto-coupler
5. (0-9) فولت ، 500 مللي أمبير محول تنحي
6. BT136 TRIAC
7. 230 VAC محوري AC مروحة
8. توصيل الأسلاك
9. المقاومات

عمل التحكم في مروحة مكيف الهواء باستخدام Arduino

يمكن تقسيم العمل إلى أربعة أجزاء مختلفة. وهم على النحو التالي

1. كاشف العبور الصفري

2. دائرة التحكم في زاوية الطور

3. مقياس الجهد للتحكم في كمية سرعة المروحة

4. دائرة توليد إشارة PWM

1. كاشف العبور الصفري

إمداد التيار المتردد الذي نحصل عليه في منزلنا هو 220 فولت تيار متردد ، 50 هرتز. إشارة التيار المتردد هذه تتغير بطبيعتها وتغير قطبيتها بشكل دوري. في النصف الأول من كل دورة ، يتدفق في اتجاه واحد ليصل إلى ذروة الجهد ثم ينخفض ​​إلى الصفر. ثم في نصف الدورة التالية ، يتدفق في اتجاه بديل (سلبي) إلى ذروة الجهد ثم يتحول مرة أخرى إلى الصفر. للتحكم في سرعة مروحة التيار المتردد ، يجب تقطيع أو التحكم في ذروة الجهد لكل من نصف الدورات. لهذا ، يجب أن نكتشف نقطة الصفر التي من خلالها يتم التحكم / قطع الإشارة. هذه النقطة على منحنى الجهد حيث يغير الجهد الاتجاه تسمى تقاطع الجهد الصفري.

الدائرة الموضحة أدناه هي دائرة كاشف العبور الصفري والتي تستخدم للحصول على نقطة العبور الصفرية. أولاً ، يتم تخفيض جهد التيار المتردد 220 فولت إلى 9 فولت تيار متردد باستخدام محول تنحى ثم يتم تغذيته إلى مقارن بصري 4N25 عند طرفه 1 و 2. الكاثود. لذلك وفقًا للدائرة أدناه ، عندما تقترب موجة التيار المتردد من نقطة العبور الصفرية ، سيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED المدمج في 4N25 ونتيجة لذلك ، سيتم إيقاف تشغيل الترانزستور الناتج 4N25 أيضًا وسيتم إيقاف دبوس النبض الناتج يتم سحبها حتى 5 فولت. وبالمثل ، عندما تزيد الإشارة تدريجياً إلى الذروةالنقطة ، ثم يتم تشغيل مؤشر LED وسيتم تشغيل الترانزستور أيضًا مع توصيل دبوس الأرض بدبوس الإخراج ، مما يجعل هذا الدبوس 0 فولت. باستخدام هذا النبضة ، يمكن اكتشاف نقطة العبور الصفرية باستخدام Arduino.

2. دائرة التحكم في زاوية الطور

بعد اكتشاف نقطة العبور الصفرية ، يتعين علينا الآن التحكم في مقدار التوقيت الذي سيتم فيه تشغيل الطاقة وإيقافها. ستحدد إشارة PWM هذه مقدار الجهد الناتج لمحرك التيار المتردد ، والذي بدوره يتحكم في سرعته. هنا يتم استخدام BT136 TRIAC ، الذي يتحكم في جهد التيار المتردد لأنه مفتاح كهربائي للتحكم في إشارة جهد التيار المتردد.

TRIAC عبارة عن مفتاح تيار متردد ثلاثي المحطات يمكن تشغيله بواسطة إشارة طاقة منخفضة عند محطة البوابة الخاصة به. في SCRs ، تجري في اتجاه واحد فقط ، ولكن في حالة TRIAC ، يمكن التحكم في الطاقة في كلا الاتجاهين. لمعرفة المزيد حول TRIAC و SCR ، اتبع مقالاتنا السابقة.

كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يتم تشغيل TRIAC بزاوية إطلاق تبلغ 90 درجة عن طريق تطبيق إشارة نبضة بوابة صغيرة عليها. الوقت "t1" هو وقت التأخير الذي يُعطى وفقًا لمتطلبات التعتيم. على سبيل المثال ، في هذه الحالة ، تكون زاوية إطلاق النار 90 بالمائة ، وبالتالي سينخفض ​​خرج الطاقة أيضًا إلى النصف ، وبالتالي سوف يتوهج المصباح أيضًا بنصف شدة.

نعلم أن تردد إشارة التيار المتردد هنا هو 50 هرتز. لذا فإن الفترة الزمنية ستكون 1 / f ، أي 20 مللي ثانية. لنصف دورة ، ستكون 10 مللي ثانية أو 10000 ميكروثانية. ومن ثم ، للتحكم في طاقة مصباح التيار المتردد ، يمكن أن يتنوع نطاق "t1" من 0-10000 ميكروثانية.

Optocoupler:

يُعرف Optocoupler أيضًا باسم Optoisolator. يتم استخدامه للحفاظ على العزلة بين دائرتين كهربائيتين مثل إشارات التيار المستمر والتيار المتردد. يتكون بشكل أساسي من مصباح LED ينبعث منه ضوء الأشعة تحت الحمراء وجهاز استشعار ضوئي يكتشفه. هنا يتم استخدام optocoupler MOC3021 للتحكم في مروحة التيار المتردد من إشارات الميكروكونترولر وهي إشارة DC.

مخطط اتصال TRIAC و Optocoupler:

3. مقياس الجهد للتحكم في سرعة المروحة

هنا يتم استخدام مقياس الجهد لتغيير سرعة مروحة التيار المتردد. نحن نعلم أن مقياس الجهد هو جهاز مكون من 3 أطراف يعمل كمقسم للجهد ويوفر ناتج جهد متغير. يتم إعطاء جهد الخرج التناظري المتغير هذا في طرف الإدخال التناظري Arduino لتعيين قيمة سرعة مروحة التيار المتردد.

4. وحدة توليد الإشارة PWM

في الخطوة الأخيرة ، يتم إعطاء نبضة PWM إلى TRIAC وفقًا لمتطلبات السرعة ، والتي بدورها تغير توقيت تشغيل / إيقاف إشارة التيار المتردد ويوفر خرجًا متغيرًا للتحكم في سرعة المروحة. هنا يتم استخدام Arduino لتوليد نبضة PWM ، والتي تأخذ المدخلات من مقياس الجهد وتعطي خرج إشارة PWM إلى TRIAC ودائرة optocoupler التي تدفع مروحة التيار المتردد بالسرعة المطلوبة. تعرف على المزيد حول توليد PWM باستخدام Arduino هنا.

مخطط الرسم البياني

يرد أدناه مخطط الدائرة لدائرة التحكم في سرعة المروحة 230 فولت القائمة على Arduino:

ملاحظة: لقد عرضت الدائرة الكاملة على لوح التجارب لغرض الفهم فقط. يجب ألا تستخدم مصدر تيار متردد 220 فولت مباشرة على اللوح الخاص بك ، لقد استخدمت لوحة منقطة لإجراء التوصيلات كما ترى في الصورة أدناه

برمجة Arduino للتحكم في سرعة مروحة التيار المتردد

بعد توصيل الأجهزة ، نحتاج إلى كتابة رمز Arduino ، والذي سينشئ إشارة PWM للتحكم في توقيت تشغيل / إيقاف إشارة التيار المتردد باستخدام إدخال مقياس الجهد. استخدمنا سابقًا تقنيات PWM في العديد من المشاريع.

تم تقديم الكود الكامل لمشروع التحكم في سرعة مروحة Arduino AC في الجزء السفلي من هذا المشروع. الشرح التدريجي للكود موضح أدناه.

في الخطوة الأولى ، أعلن عن جميع المتغيرات المطلوبة ، والتي سيتم استخدامها في جميع أنحاء الكود. هنا يتم توصيل BT136 TRIAC بالدبوس 6 من Arduino. ويصرح متغير speed_val لتخزين قيمة خطوة السرعة.

int TRIAC = 6 ؛ int speed_val = 0 ؛

بعد ذلك ، داخل وظيفة الإعداد ، قم بتعريف دبوس TRIAC كمخرج حيث سيتم إنشاء إخراج PWM من خلال هذا الدبوس. بعد ذلك ، قم بتكوين مقاطعة لاكتشاف التقاطع الصفري. استخدمنا هنا وظيفة تسمى attachInterrupt ، والتي ستقوم بتكوين رقم التعريف الشخصي 3 من Arduino كمقاطعة خارجية وستقوم باستدعاء الوظيفة المسماة zero_crossing عندما تكتشف أي مقاطعات عند طرفها.

إعداد باطل () {pinMode (LAMP، OUTPUT) ؛ attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (3) أو zero_crossing أو أختر) ؛ }

داخل الحلقة اللانهائية ، اقرأ القيمة التناظرية من مقياس الجهد المتصل بـ A0 وقم بتعيينها إلى نطاق قيمة (10-49).

لاكتشاف هذا النطاق ، يتعين علينا إجراء عملية حسابية صغيرة. قيل في وقت سابق أن كل نصف دورة تعادل 10000 ميكروثانية. لذلك هنا سيتم التحكم في التعتيم في 50 خطوة وهي قيمة عشوائية ويمكن تغييرها. هنا يتم أخذ الحد الأدنى من الخطوات كـ 10 ، وليس صفرًا لأن الخطوات من 0 إلى 9 تعطي نفس خرج الطاقة تقريبًا ويتم اتخاذ الخطوات القصوى مثل 49 حيث لا يوصى عمليًا بأخذ الحد الأعلى (وهو 50 في هذه الحالة).

ثم يمكن حساب وقت كل خطوة على أنه 10000/50 = 200 ميكروثانية. سيتم استخدام هذا في الجزء التالي من الكود.

حلقة فارغة () {int pot = analogRead (A0) ؛ int data1 = map (وعاء ، 0 ، 1023 ، 10 ، 49) ؛ speed_val = data1 ؛ }

في الخطوة الأخيرة ، قم بتكوين الدالة التي تعتمد على المقاطعة zero_crossing. هنا يمكن حساب وقت التعتيم بضرب وقت الخطوة الفردية بلا. من الخطوات. ثم بعد وقت التأخير هذا ، يمكن تشغيل TRIAC باستخدام نبضة صغيرة عالية تبلغ 10 ميكروثانية وهو ما يكفي لتشغيل TRIAC.

void zero_crossing () {int chop_time = (200 * speed_val) ؛ delayMicroseconds (chop_time) ؛ الكتابة الرقمية (TRIAC ، عالية) ؛ تأخير ميكروثانية (10) ؛ الكتابة الرقمية (TRIAC ، منخفضة) ؛ }

كود كامل مع فيديو عمل للتحكم في مروحة التيار المتردد باستخدام Arduino و PWM موضح أدناه.