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无线电电子与电气工程百科全书 12通道相位功率调节器。 无线电电子电气工程百科全书
本文介绍了一种基于八位微控制器AT89C4051-24PU的多通道相位调节器。 该器件包括一个开关单元和六相调节器，每个调节器都能够控制两个负载，每个负载的功率为 1,15 kW（受所应用的电源滤波器的能力限制）。 此外，每个双调节器都有一个实时时钟。 该设备是在易于使用的元件基础上制造的，中等水平的无线电业余爱好者可以重复使用。 12通道相位控制器的框图如图1所示。 1. 这里A6-A1是两通道相位功率调节器，其方案、设计和运行算法相同； S2 - 开关单元，借助它进行电源控制，设置当前时间和两个警报的操作时间。 图 3 显示了一个双通道功率控制器的示意图。 XNUMX、开关单元-如图。 XNUMX.
开关单元的插座 XS1-1 - XS1-6 设计用于连接调节器 4-1 的 XP6 插头。 每个调节器有两个独立的相位调节器，此外还实现了电子时钟的功能。 下面将详细描述控制器及其功能。 开关单元的开关SA1有六个位置。 如果设置为“1”，则SB1-SB4按钮连接到控制器1，可以设置该控制器的参数。 因此，如果设置为“2”，则可以设置旋钮2等参数。 详细考虑调节器 1 的操作（SA1 - 位置“1”）。 该装置具有以下功能： - 两个独立的相位脉冲调节通道； - 在时分模式（“Hour 24”模式）下，在四位数显示屏上以 2 小时格式显示当前时间； - 设置当前时间及其调整； - 在分秒模式下工作（“时钟 1”模式）； - 两个闹钟，在运行时，连接到连接器ХP5和ХP6的负载（电视机、收音机、电加热器等）打开，并且间歇性灯光和声音信号重复率为10 Hz，持续 1 秒； - 在每小时开始时发出短促（持续时间 1 秒）的蜂鸣信号，并在警报响起时通过按钮强制关闭灯光和声音信号。 因此，提供了六种操作模式：“时钟1”、“时钟2”、“调节器1”、“调节器2”、“闹钟1”和“闹钟2”。 两个独立的功率控制器分别安装在模拟器VS1和VS2上。 功率控制是通过双向可控硅的相位脉冲控制来实现的。 每个通道的输出功率控制间隔设置为从0到99的相对单位。当然，相控调节器会产生噪声，但它们很容易实现，并且允许您控制白炽灯、加热器、交流感应电机等 控制器接口包括按钮SB1-SB4（图3）、LED灯条HL1、HL2和六个数字七元件指示器HG1-HG6的显示器（见图2）。 按钮的用途如下：
在设备的任何操作模式下，每个按钮仅执行一种功能（打开警报时关闭声光信号除外）。 接口指示的位具有以下用途（图 2 中从右到左）：
打开电源后，设备进入“时钟1”模式。 要设置当前时间，您需要按SB1按钮进入“时钟2”模式（HG1指示灯上应出现数字1），然后按一次SB4按钮。 这将选择分钟单位的数字（指示器 HG6 上的点 h 将开始发光）。 所需的放电值由按钮SB2和SB3设置。 下次按SB4时，选择分钟数位（HG5指示灯处h点亮）等。在小时数位（HG2指示灯）设定完数值后，再次按SB4键，即可解决时间计数问题。 要设置通道 1 中的功率值，请使用 SB1 按钮选择“调节器 1”操作模式（HG1 指示灯上的数字 2 应点亮）。 然后使用SB4按钮选择类别并使用SB2（“更多”）和SB3（“更少”）按钮设置所需的功率值。 在“时钟2”模式下设置时间时，禁止当前时间倒计时，在所有其他模式下允许倒计时。 设置闹钟1和闹钟2的时间后（通过SB4按钮完成数字选择），灯带HL1和HL2分别点亮。 发光条表示设定的报警时间已记录在单片机的存储器中（如有需要，可重新编程）。 如果当前时间与“闹钟 1”和“闹钟 2”模式下的设定时间一致，则间歇性声音（HA10）和灯光（HL1）闹钟将开启 1 秒，开启和关闭间隔为 0,5 秒。 在此时间结束时，接通的灯带HL1熄灭。 让我们考虑一下调节器 1 的主要功能单元（见图 2）。 其基础是 DD1 微控制器，其工作频率由带有外部 ZQ1 石英谐振器的振荡器设置为 10 MHz。 电源电压传感器安装在组件 U1 的晶体管光电耦合器上。 它监视电源电压过零的时刻。 电阻器 R8 的传感器输出电压被馈送到微控制器的引脚 7。 功率控制通道1由双向可控硅VS1和光耦合器U2组成，由来自引脚8 DD1的信号控制。 负载连接至 XP2 连接器。 第二个通道组装在双向可控硅 VS2 和光耦合器 U3 上，并由来自微控制器引脚 9 的信号控制。 负载连接至 XP3 连接器。 为了降低稳压器产生的干扰水平，它们通过线路滤波器 Z1 和 Z2 包含在网络中。 微电路DD2、DD3、晶体管VT1-VT5和数字七元件指示器HG1-HG6进行动态指示。 DD2寄存器用于增加微控制器端口线的数量并控制内部执行器：声光报警器（分别为压电发射器HA1和灯条HL1和HL2）、双向可控硅光电耦合器U4、U5以及指示器上的放电HG1。 电阻器R9-R15限制通过数字指示器元件的电流。 寄存器DD3的输出6（引脚2）通过电阻R26发出的信号周期性地（周期为1秒）在“时钟4”和“时钟1”模式下打开和关闭HG2指示器的g元件。 来自寄存器DD4的输出9（引脚2）通过电阻器R27的信号包括所选指示器HG2、HG3、HG5、HG6之一中的点h。 该设备的数字部分与网络电隔离。 微控制器程序控制电子时钟的操作并提供双向可控硅功率控制器的脉冲相位控制的实现。 程序“每小时”部分的主要任务 - 形成持续时间为 1 s 的精确时间间隔 - 使用 TF0 定时器的中断来解决。 在 TF0 定时器中断例程周期中，每 80 µs，微控制器轮询引脚 7 的状态。寄存器 R4、R6 上的计数器对中断次数进行计数，当等于某个值时，当前时间增加一个第二。 当前时间每小时更新一次。 在这款设备中，时钟每天会落后约6秒，这在日常生活中是完全可以接受的。 TF0 定时器中断还提供动态指示。 我们有条件地将微控制器周期性地（周期为3ms）分别写入其端口P1和同步寄存器DD2的字节称为指示字节和状态字节。 指示字节的低四位送入译码器DD3的输入端并确定该位的值，高四位的位通过晶体管VT2-VT5控制指示器HG2、HG3、HG5、HG6进行动态指示。 。 晶体管 VT1 以及相应的 HG1 指示器由来自寄存器 DD12 引脚 2 的信号控制。 在“调节器1”和“调节器2”模式下，HG2和HG3指示灯熄灭。 为了熄灭指示器，代码 F 必须出现在指示字节的低四位组中。 日志级别。 单片机0脚的16信号打开晶体管VT2并点亮指示灯HG2，17脚的相同电平信号打开晶体管VT3并点亮指示灯HG3，以此类推。下四位是二进制编码的十进制数，控制元件除 HG3 外，所有指标均通过解码器 DD4 进行。 当指示灯 HG2、HG3、HG5、HG6 亮起时，微控制器轮询其 INTO 输入（P3.2；引脚 6 DD1）的状态。 当按下任何按钮 SB1-SB4 时，该输入处会出现低电平，并包含指示的指示器。 因此，切换单元的每个按钮都“绑定”到指示字节的上四元组中的其“自己的”位。 我们将使用通道 1 的示例来考虑相位脉冲控制器程序的算法。解释控制器操作的波形图如图 4 所示。 4. 在电源电压的每个半周期（图 8，a），微控制器利用来自输出 80 的持续时间为 4 μs 的触发脉冲（图 1，c），通过光耦合器U2。 连接到 XP2 连接器的负载中的功率值取决于三端双向可控硅开关元件在电源电压的每个半周期内开启的时间。 为了使负载中的功率值随着设备指示器上设定功率值的增加而增加，并且还获得等于1%的控制离散度，需要双向可控硅导通脉冲移位（图 4,b) 中从右到左，从电源电压过零的那一刻开始，步长为 100 μs，设备指示器上的设定功率值增加 XNUMX。
相对于电源电压通过“零”的时刻，触发脉冲的给出有一定的延迟。 转变的时刻对应于日志。 0 在微控制器的引脚 7 处（图 4b）。 延迟时间由“调节器 1”模式下设备指示灯上的数字决定，该数字可以取 0 到 99 之间的值。子程序将这个两位二进制十进制数转换为一字节二进制数。 该数字被加载到实现时间延迟的计数器（寄存器 R7）中。 如前所述，微控制器每 80 µs 轮询一次网络传感器输出。 当电源电压过零时，计数器启动。 当按钮改变“调节器1”模式下指示灯显示的数字时，打开控制脉冲以打开双向可控硅VS1的延迟时间发生变化。 即市电电压的每个半周期内双向可控硅导通的时刻以及连接到XP2连接器的负载上的有效电压发生变化。 该设备的第二个通道的工作原理类似，调节连接到 XP3 连接器的负载的功率。 双向可控硅的调节角度，根据负载的流出情况，是不一样的。 实际上，该装置中根据指示灯调节100瓦白炽灯功率的区间为18至97，即可以设置79个亮度等级。 当灯用作加热元件时这是必要的。 为了更快地改变亮度（对于照明，实践表明，不需要如此大量的级别），您可以仅更改指定功率的相对调节范围的最高位。 简单介绍一下该计划。 在单片机的数据存储器地址2BH到48H中，组织了一个显示缓冲区，用于动态指示。 显示缓冲区中每个字节的下四位元是二进制编码的十进制数，指定位值，上四位元指定动态显示中的位数。 因此，在缓冲区的每个字节中，数字的值及其显示时的位置是确定的。 根据其功能用途，根据设备的操作模式，缓冲区地址空间分为六个功能组：
TF0 定时器中断例程中循环功能组的每个字节都输出到 DD1 微控制器的 P1 端口。 指示字节的上四位元是“运行零”代码。 这样，将缓冲区的功能组中的字节按一个周期交替写入到P1端口，就得到了动态指示方式。 将指示字节写入 P1 端口后，按钮轮询开始。 通过按下 SB1 按钮，寄存器 R2 中的单元向左移动，从而设置上述五种操作模式之一。 寄存器R0被写入功能组的首地址。 R3 寄存器在中断例程中每 0 ms 递增一次。 主程序中，计算并修正当前时间，设置闹铃开启，将当前时间与闹铃时间进行比较，开启灯光和声音信号，转换两位二进制十进制数将“Regulator 1”和“Regulator 2”中的（设备指示器上设置的功率电平值）转换为一字节二进制，以实现相位脉冲控制算法。 汇编程序开发的程序占用微控制器程序存储器约3,7 kB。 每个调节器和开关单元都安装在尺寸为 120x80 毫米的单独原型板上。 安装调节器时，最好将设备的数字部分与网络分开。 所有电阻器均为 S2-33N，耗散功率为 0,125 W，但任何其他具有相同耗散功率且公差为标称电阻的 ± 5% 的电阻器都可以。 电容器C1、C4——进口氧化物，C2、C3——陶瓷K10-17。 在DD5微控制器的电源输出（+1V和公共线）和DD2寄存器之间，安装容量为10μF的隔直电容器K17-0,1是有用的。 在显示屏中，建议在其他数字的背景下突出显示指示设备当前操作模式的数字（指示器 HG1）。 因此，本次放电选用七元红光指示器HDSP-F001（HDSP-F151较为合适）； 指示器 HG2-HG6 - 绿光 HDSP-F501（任何其他具有共阳极和可接受亮度的指示器都可以）。 在HG4指示器中，仅使用g段来构成“-”号。 通过指示器元件的电流由DD3解码器的负载能力决定。 对于KR514ID2，每个输出的最大允许电流为22 mA。 灯条 HL1、HL2 - №-2300EW 红光。 通过每个电源控制通道的电流受到通过电源滤波器 FS-5（Z220、Z1）的最大允许电流 2 A 的限制。 在轻负载时，并且如果对干扰水平的要求不是很高，则可以省略电源滤波器。 负载通过 MPW-2 插头（对应的是 MHU-2 插座）连接到设备。 相反，您可以使用接线端子 TV-10-2。 如果控制通道的额定负载功率超过100W，则双向可控硅开关应安装在合适的散热器上。 TIC236M 双向可控硅的允许电流为 12 A，允许您控制功率高达 1,5 kW 的负载。 可能的替代品是国产双向可控硅KU208G，但它的灵敏度较差：为了可靠工作，必须有至少250mA的电流流过该双向可控硅的控制电极，因此必须减小电阻R1和R3的阻值至 100 欧姆。 对于高达 2 kW 的负载，可以使用允许电流高达 16 A 的双向可控硅，例如 ^C246N。 建议测量所应用的双向可控硅的控制和保持电流的实际值，以评估双向可控硅与特定负载（尤其是低功率负载）一起工作的适用性。 该器件中使用的 SHARP（U202、U2）三端双向可控硅开关光电耦合器 S4SE5 可切换高达 8 A 的电流。它们在电源电压过零附近开启。 可以使用光耦合器S202S02，如果负载中的开关电流不超过2A，则使用S202TO1。 电源调节器中 5 V 电源的电流消耗不超过 80 mA。 开关单元电容器C1采用进口氧化物。 盐开关SA1-PG2-12-6P8N（六位八向）。 按钮开关 SB1-SB4 - PKN125 或类似开关。 该装置不提供任何设置和调整，如果安装正确且所有部件完好，则在接通电源电压后立即开始工作。 检查功率控制通道时，最好在低负载时打开第一个开关，例如功率为 20 ... 30 W 的白炽灯。 建议首先检查功率控制通道 1，然后检查 2。为此，请进入“调节器 1”模式，并通过使用键盘上的指示灯更改功率级别来控制灯亮度的变化。 如果灯根本不亮，那么您需要检查来自网络传感器（DD7 微控制器的引脚 1）的信号 - 是否存在具有日志级别的脉冲。 0，持续时间为 1...1,2 ms，周期为 10 ms（图 4b）。 作者：S. Shishkin
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