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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK 12-Kanal-Phasen-Leistungsregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Der Artikel beschreibt einen Mehrkanal-Phasenregler basierend auf Acht-Bit-AT89C4051-24PU-Mikrocontrollern. Das Gerät umfasst eine Schalteinheit und sechs Phasenregler, von denen jeder zwei Lasten mit einer Leistung von 1,15 kW steuern kann (begrenzt durch die Fähigkeiten der verwendeten Netzwerkfilter). Darüber hinaus verfügt jeder der Doppelregler über eine Echtzeituhr. Das Gerät basiert auf einer zugänglichen Elementbasis und kann von durchschnittlich qualifizierten Funkamateuren nachgebaut werden. Das Blockschaltbild eines 12-Kanal-Phasenreglers ist in Abb. dargestellt. 1. Hier sind A1-A6 Zweikanal-Phasenleistungsregler, die in Schaltung, Design und Betriebsalgorithmus identisch sind; S1 ist eine Schalteinheit, mit der die Leistung reguliert, die aktuelle Uhrzeit und die Reaktionszeit von zwei Alarmen eingestellt werden. Ein schematisches Diagramm eines Zweikanal-Leistungsreglers ist in Abb. dargestellt. 2 und der Schaltblock - in Abb. 3.
Die Buchsen XS1-1 - XS1-6 der Schalteinheit dienen zum Anschluss der XP4-Stecker der Regler 1-6. Jeder Regler verfügt über zwei unabhängige Phasenregler und realisiert zusätzlich die Funktionen einer elektronischen Uhr. Der Regler und seine Funktionen werden im Folgenden ausführlich beschrieben. Der Schalter SA1 der Schalteinheit hat sechs Stellungen. Steht er auf Position „1“, dann sind die Tasten SB1-SB4 mit Controller 1 verbunden und Sie können Parameter für diesen Controller einstellen. Dementsprechend können Sie bei Stellung „2“ die Parameter für Regler 2 usw. einstellen. Betrachten wir im Detail die Funktionsweise von Regler 1 (SA1 - in Position „1“). Das Gerät verfügt über folgende Funktionen: - zwei unabhängige Phasen-Impuls-Regulierungskanäle; - Anzeige der aktuellen Uhrzeit im 24-Stunden-Format auf einem vierstelligen Display im Stunden-Minuten-Modus („Clock 2“-Modus); - Einstellung der aktuellen Uhrzeit und deren Anpassung; - im Minuten-Sekunden-Modus arbeiten ("Clock 1"-Modus); - zwei Wecker, wenn sie ausgelöst werden, werden die an die Anschlüsse XP5 bzw. XP6 angeschlossenen Verbraucher (Fernseher, Radio, elektrische Heizung usw.) eingeschaltet und für 10 Sekunden ein intermittierender Licht- und Tonalarm mit einer Wiederholungsfrequenz von 1 Hz; - Zu Beginn jeder Stunde ertönt ein kurzer Piepton (Dauer 1 Sekunde) und der Licht- und Tonalarm wird in dem Moment, in dem der Alarm ertönt, durch die Taste ausgeschaltet. Dementsprechend stehen sechs Betriebsmodi zur Verfügung: „Clock 1“, „Clock 2“, „Knob 1“, „Knob 2“, „Alarm 1“ und „Alarm 2“. Auf den Simulatoren VS1 und VS2 sind jeweils zwei unabhängige Leistungsregler montiert. Die Leistungsregelung erfolgt durch Phasenimpulssteuerung von Triacs. Das Steuerintervall für die Ausgangsleistung jedes Kanals wird in relativen Einheiten von 0 bis 99 eingestellt. Phasenimpulsgesteuerte Regler erzeugen natürlich Rauschen, sind aber einfach zu implementieren und ermöglichen die Regelung der Leistung von Lasten wie Glühlampen und Heizgeräten , Wechselstrom-Induktionsmotoren usw. usw. Die Controller-Schnittstelle umfasst Tasten SB1-SB4 (Abb. 3), LED-Streifen HL1, HL2 und ein Display mit sechs digitalen Sieben-Element-Anzeigen HG1-HG6 (siehe Abb. 2). Der Zweck der Schaltflächen ist wie folgt:
In jedem Betriebsmodus des Geräts erfüllt jede Taste nur eine Funktion (mit Ausnahme des Ausschaltens von Ton- und Lichtsignalen bei eingeschaltetem Alarm). Die Schnittstellenanzeigebits haben folgende Zwecke (von rechts nach links in Abb. 2):
Nach dem Einschalten wechselt das Gerät in den Uhr-1-Modus. Um die aktuelle Uhrzeit einzustellen, müssen Sie die Taste SB1 drücken, um in den Modus „Uhr 2“ zu gelangen (die Zahl 1 sollte auf der HG1-Anzeige erscheinen), und dann die Taste SB4 einmal drücken. In diesem Fall wird die Einheit der Minutenziffer ausgewählt (der h-Punkt der HG6-Anzeige beginnt zu leuchten). Mit den Tasten SB2 und SB3 wird der gewünschte Förderwert eingestellt. Wenn Sie SB4 das nächste Mal drücken, wird die Zehner-Minuten-Stelle ausgewählt (Punkt h wird an der HG5-Anzeige eingeschaltet) usw. Nachdem Sie den Wert in der Zehner-Stunden-Stelle (HG2-Anzeiger) eingestellt haben, drücken Sie dabei erneut die SB4-Taste Zeitzählung ermöglichen. Um den Leistungswert in Kanal 1 einzustellen, wählen Sie mit der Taste SB1 die Betriebsart „Regler 1“ aus (die Zahl 1 sollte auf der HG2-Anzeige aufleuchten). Wählen Sie dann mit der Taste SB4 eine Entladung aus und stellen Sie mit den Tasten SB2 („Mehr“) und SB3 („Weniger“) den gewünschten Leistungswert ein. Beim Einstellen der Uhrzeit im Modus „Uhr 2“ ist das Zählen der aktuellen Zeit verboten, in allen anderen Modi ist es aktiviert. Nach dem Einstellen der Alarmzeit 1 und 2 (die Ziffernauswahl wird mit der Taste SB4 abgeschlossen) leuchten die Leuchtstreifen HL1 bzw. HL2 auf. Der Leuchtstreifen zeigt an, dass die eingestellte Alarmzeit im Speicher des Mikrocontrollers gespeichert wurde (dieser kann bei Bedarf neu programmiert werden). Wenn die aktuelle Zeit mit der eingestellten Zeit in den Modi „Alarm 1“ und „Alarm 2“ übereinstimmt, wird für 10 s ein intermittierender Ton- (HA1) und Lichtalarm (HL1) mit Ein- und Ausschaltintervallen von 0,5 s aktiviert. Nach Ablauf dieser Zeit erlischt die eingeschaltete Leuchtleiste HL1. Betrachten wir die Hauptfunktionseinheiten von Regler 1 (siehe Abb. 2). Seine Basis ist der Mikrocontroller DD1, dessen Betriebsfrequenz durch einen Generator mit externem Quarzresonator ZQ1 auf 10 MHz eingestellt wird. Auf Transistor-Optokopplern der Baugruppe U1 ist ein Netzspannungssensor aufgebaut. Es überwacht die Momente, in denen die Netzspannung den Nulldurchgang durchläuft. Die Ausgangsspannung des Sensors vom Widerstand R8 wird an Pin 7 des Mikrocontrollers angelegt. Der Leistungssteuerkanal 1 ist auf dem Triac VS1 und dem Optokoppler U2 aufgebaut und wird durch ein Signal von Pin 8 von DD1 gesteuert. Die Last wird an den Stecker XP2 angeschlossen. Der zweite Kanal ist auf dem Triac VS2 und dem Optokoppler U3 aufgebaut und wird durch ein Signal von Pin 9 des Mikrocontrollers gesteuert. Die Last wird an den Stecker XP3 angeschlossen. Um die von den Reglern verursachten Störungen zu reduzieren, werden diese über die Netzfilter Z1 und Z2 in das Netz eingebunden. Die dynamische Anzeige erfolgt über die Mikroschaltungen DD2, DD3, die Transistoren VT1-VT5 und die digitalen Sieben-Elemente-Anzeigen HG1-HG6. Register DD2 dient zur Erhöhung der Anzahl der Mikrocontroller-Portleitungen und steuert interne Aktoren: Ton- und Lichtalarme (jeweils piezoelektrischer Emitter HA1 und Lichtstreifen HL1 und HL2), Triac-Optokoppler U4, U5 sowie eine Entladung auf dem HG1-Indikator. Die Widerstände R9-R15 begrenzen den Strom durch die digitalen Anzeigeelemente. Das Signal vom Ausgang 3 (Pin 6) des Registers DD2 über den Widerstand R26 schaltet periodisch (mit einer Periode von 1 s) das Element g der HG4-Anzeige in den Modi „Uhr 1“ und „Uhr 2“ ein und aus. Das Signal vom Ausgang 4 (Pin 9) des Registers DD2 über den Widerstand R27 schaltet den Punkt h in einem der ausgewählten Indikatoren HG2, HG3, HG5, HG6 ein. Der digitale Teil des Gerätes ist galvanisch vom Netzwerk getrennt. Das Mikrocontrollerprogramm steuert den Betrieb der elektronischen Uhr und sorgt für die Umsetzung der Phasenimpulssteuerung von Triac-Leistungsreglern. Die Hauptaufgabe des Programmteils „Uhr“ – die Bildung präziser Zeitintervalle von 1 Sekunde – wird mithilfe von Interrupts vom TF0-Timer gelöst. Im Zyklus der TF0-Timer-Interrupt-Verarbeitungsroutine fragt der Mikrocontroller alle 80 μs den Zustand von Pin 7 ab. Zähler in den Registern R4, R6 zählen die Anzahl der Interrupts, und wenn sie einem bestimmten Wert entspricht, erhöht sich die aktuelle Zeit um eine Sekunde. Die aktuelle Uhrzeit wird stündlich angepasst. Bei diesem Gerät geht die Uhr etwa 6 Sekunden pro Tag nach, im Alltag ist das durchaus akzeptabel. Interrupts vom TF0-Timer bieten ebenfalls eine dynamische Anzeige. Nennen wir die Bytes, die der Mikrocontroller periodisch (mit einer Periode von 3 ms) an seinen Port P1 bzw. sein Synchronregister DD2 schreibt, Anzeige- und Statusbytes. Die niedrige Tetrade des Anzeigebytes wird dem Eingang des Decoders DD3 zugeführt und bestimmt den Wert der Ziffer, und die Ziffern der hohen Tetrade steuern über die Transistoren VT2-VT5 die Indikatoren HG2, HG3, HG5, HG6 in der dynamischen Anzeige . Der Transistor VT1 und dementsprechend der Indikator HG1 werden durch ein Signal von Pin 12 des Registers DD2 gesteuert. In den Modi „Controller 1“ und „Controller 2“ erlöschen die Anzeigen HG2 und HG3. Um die Anzeige zu löschen, muss der Code F in der unteren Reihenfolge des Anzeigebytes vorhanden sein. Levelprotokoll. 0 an Pin 16 des Mikrocontrollers öffnet den Transistor VT2 und schaltet die HG2-Anzeige ein, ein Signal mit dem gleichen Pegel an Pin 17 öffnet den Transistor VT3 und schaltet die HG3-Anzeige ein usw. Die niedrige Tetrade ist eine binär codierte Dezimalzahl und Steuert über den DD3-Decoder die Elemente aller Indikatoren außer HG4. Wenn die Anzeigen HG2, HG3, HG5, HG6 aufleuchten, fragt der Mikrocontroller den Status seines INTO-Eingangs (P3.2; Pin 6 von DD1) ab. Immer wenn die Taste SB1-SB4 gedrückt wird, liegt an diesem Eingang ein niedriger Pegel an und die angezeigten Anzeigen leuchten. Somit ist jede Taste der Schalteinheit an ihre „eigene“ Ziffer in der höheren Reihenfolge des Anzeigebytes „gebunden“. Betrachten wir den Betriebsalgorithmus des Phasen-Impuls-Reglerprogramms am Beispiel von Kanal 1. Oszillogramme, die die Funktionsweise des Reglers erläutern, sind in Abb. dargestellt. 4. In jeder Halbwelle der Netzspannung (Abb. 4, a) schaltet der Mikrocontroller den Triac VS8 über den Optokoppler U80 mit einem Triggerimpuls von Pin 4 mit einer Dauer von 1 μs ein (Abb. 2, c) . Der Leistungswert der an den Anschluss XP2 angeschlossenen Last hängt davon ab, wie lange der Triac während jeder Halbwelle der Netzspannung eingeschaltet ist. Damit der Leistungswert in der Last mit zunehmendem Wert der eingestellten Leistung auf der Geräteanzeige ansteigt und eine Regeldiskretheit von 1 % erreicht wird, ist es erforderlich, dass der Triac-Einschaltimpuls verschoben wird (von von rechts nach links in Abb. 4,b) mit einem Schritt von 100 μs ab dem Moment, in dem die Netzspannung durch Null geht, wenn der Wert der eingestellten Leistung auf der Geräteanzeige um eins ansteigt.
Der Auslöseimpuls wird mit einer gewissen Verzögerung gegenüber dem Nulldurchgang der Netzspannung geliefert. Der Zeitpunkt des Übergangs entspricht log. 0 an Pin 7 des Mikrocontrollers (Abb. 4b). Die Verzögerungszeit wird durch die Zahl auf der Geräteanzeige im Modus „Regler 1“ bestimmt, die einen Wert von 0 bis 99 annehmen kann. Das Unterprogramm wandelt diese zweistellige binäre Dezimalzahl in eine Ein-Byte-Binärzahl um. Diese Zahl wird in einen Zähler (Register R7) geladen, der die Zeitverzögerung implementiert. Wie bereits erwähnt, fragt der Mikrocontroller alle 80 µs den Ausgang des Netzwerksensors ab. Beim Nulldurchgang der Netzspannung startet der Zähler. Wenn die Taste die auf der Anzeige im Modus „Regler 1“ angezeigte Zahl ändert, ändert sich die Verzögerungszeit zum Einschalten des Steuerimpulses zum Einschalten des Triac VS1. Das heißt, in dem Moment, in dem der Triac in jeder Halbwelle eingeschaltet wird, ändern sich die Netzspannung und die effektive Spannung an der an den XP2-Anschluss angeschlossenen Last. Der zweite Kanal des Geräts funktioniert ähnlich und regelt die Leistung der an den XP3-Anschluss angeschlossenen Last. Der Regelwinkel des Triacs in Abhängigkeit vom Lastabfluss ist nicht gleich. Tatsächlich liegt im Gerät das Leistungsregelintervall einer 100-Watt-Glühlampe laut Anzeige zwischen 18 und 97. Mit anderen Worten, Sie können 79 Helligkeitsstufen einstellen. Dies ist in Fällen erforderlich, in denen die Lampe als Heizelement verwendet wird. Um die Helligkeit schneller zu ändern (für die Beleuchtung ist, wie die Praxis zeigt, eine so große Anzahl von Stufen nicht erforderlich), können Sie nur die höchstwertige Ziffer des relativen Regelbereichs der eingestellten Leistung ändern. Kurz zum Programm. Im Datenspeicher des Mikrocontrollers ist von den Adressen 2BN bis 48H ein Anzeigepuffer zur dynamischen Anzeige organisiert. Die niedrigstwertige Tetrade jedes Bytes im Anzeigepuffer ist eine binär codierte Dezimalzahl, die den Ziffernwert bestimmt, und die höchstwertige Tetrade bestimmt die Ziffernnummer in der dynamischen Anzeige. Somit wird in jedem Byte des Puffers der Wert der Zahl und ihre Position bei der Anzeige bestimmt. Entsprechend seinem funktionalen Zweck ist der Pufferadressraum je nach Betriebsmodus des Geräts in sechs Funktionsgruppen unterteilt:
Jedes Byte aus der Schleifenfunktionsgruppe in der Timer-Interrupt-Routine TF0 wird an Port P1 des Mikrocontrollers DD1 ausgegeben. Die höchstwertige Tetrade des Anzeigebytes ist ein laufender Nullcode. Indem wir also Bytes aus der Pufferfunktionsgruppe in einem Zyklus nacheinander auf Port P1 schreiben, erhalten wir einen dynamischen Anzeigemodus. Nach dem Schreiben des Anzeigebytes auf Port P1 beginnt die Abfrage der Tasten. Durch Drücken der Taste SB1 wird die Einheit im Register R2 nach links verschoben und dadurch eine der oben genannten fünf Betriebsarten eingestellt. Die erste Adresse der Funktionsgruppen wird in das Register R0 geschrieben. Alle 3 ms wird im Interrupt-Handling-Unterprogramm das Register R0 erhöht. Im Hauptprogramm wird die aktuelle Uhrzeit gezählt und korrigiert, der Wecker gestellt, die aktuelle Uhrzeit mit der Weckerzeit verglichen, Licht- und Tonsignale eingeschaltet, eine zweistellige binär-dezimale Zahl übersetzt (die Wert des eingestellten Leistungspegels auf der Geräteanzeige) im „Regler 1“ und „Regler 2“ in Ein-Byte-Binärdateien, um den Phasen-Impuls-Steuerungsalgorithmus zu implementieren. Das entwickelte Assembler-Programm belegt etwa 3,7 kByte Mikrocontroller-Programmspeicher. Jeder der Regler und die Schalteinheit sind auf separaten Steckbrettern mit den Maßen 120 x 80 mm montiert. Bei der Installation von Reglern empfiehlt es sich, den digitalen Teil des Gerätes vom Netzwerkteil zu trennen. Alle Widerstände sind C2-33N mit einer Verlustleistung von 0,125 W, es sind aber auch alle anderen mit gleicher Verlustleistung und einer zulässigen Widerstandsabweichung vom Nennwert von ±5 % geeignet. Die Kondensatoren C1, C4 sind importiertes Oxid, C2, C3 sind Keramik K10-17. Es ist sinnvoll, Blockkondensatoren K5-1 mit einer Kapazität von 2 μF zwischen den Leistungsklemmen (+10 V und der gemeinsamen Leitung) des Mikrocontrollers DD17 und des Registers DD0,1 zu installieren. Im Display empfiehlt es sich, die Ziffer, die den aktuellen Betriebsmodus des Gerätes anzeigt (HG1-Anzeige), vor dem Hintergrund anderer Ziffern hervorzuheben. Daher wurde für diese Kategorie ein siebenelementiger roter Indikator HDSP-F001 ausgewählt (HDSP-F151 ist geeignet); Indikatoren HG2-HG6 - grün HDSP-F501 (alle anderen mit einer gemeinsamen Anode und akzeptabler Helligkeit reichen aus). Im HG4-Indikator wird nur das g-Segment zur Bildung des „-“-Zeichens verwendet. Der Strom durch die Anzeigeelemente wird durch die Belastbarkeit des DD3-Decoders bestimmt. Beim KR514ID2 beträgt der maximal zulässige Strom jedes Ausgangs 22 mA. Lichtleisten HL1, HL2 - Nr.-2300EW rot. Der Strom durch jeden Leistungssteuerkanal wird durch den FS-5-Netzwerkfilter (Z220, Z1) auf einen maximal zulässigen Strom von 2 A begrenzt. Bei geringer Belastung und auch bei geringen Anforderungen an den Geräuschpegel kann auf Netzfilter verzichtet werden. Lasten werden über MPW-2-Stecker an das Gerät angeschlossen (das Gegenstück sind MHU-2-Buchsen). Stattdessen können Sie die Klemmenblöcke TV-10-2 verwenden. Wenn die Nennlastleistung im Steuerkanal 100 W überschreitet, sollte der Triac auf dem entsprechenden Kühlkörper installiert werden. Mit dem Triac TIC236M, dessen zulässiger Strom 12 A beträgt, können Sie eine Last von bis zu 1,5 kW steuern. Ein möglicher Ersatz ist der heimische Triac KU208G, der jedoch eine deutlich schlechtere Empfindlichkeit aufweist: Für einen zuverlässigen Betrieb muss ein Strom von mindestens 250 mA durch die Steuerelektrode dieses Triacs fließen, daher muss der Widerstandswert der Widerstände R1 und R3 auf 100 reduziert werden Ohm. Für Lasten mit einer Leistung bis 2 kW können Sie Triacs mit einem zulässigen Strom von bis zu 16 A verwenden, zum Beispiel ^C246N. Es empfiehlt sich, die tatsächlichen Werte des Steuer- und Haltestroms der verwendeten Triacs zu messen, um die Eignung des Triacs für den Betrieb mit einer bestimmten, insbesondere leistungsschwachen Last zu beurteilen. Die im Gerät verwendeten Triac-Optokoppler S202SE2 von SHARP (U4, U5) können Ströme bis 8 A schalten. Sie werden nahe dem Nulldurchgang der Netzspannung eingeschaltet. Es können Optokoppler S202S02 verwendet werden, und wenn der Schaltstrom in der Last 2 A nicht überschreitet, dann S202TO1. Der Stromverbrauch aus einer 5-V-Stromversorgung in Leistungsreglern überschreitet 80 mA nicht. Der Kondensator C1 der Schalteinheit besteht aus importiertem Oxid. Galet-Schalter SA1 - PG2-12-6P8N (sechs Positionen und acht Richtungen). Druckschalter SB1-SB4 - PKN125 oder ähnlich. Das Gerät bietet keinerlei Einstellungs- oder Anpassungsmöglichkeiten, und wenn die Installation korrekt durchgeführt wurde und alle Teile in Ordnung sind, beginnt es sofort nach dem Einschalten der Versorgungsspannung zu arbeiten. Bei der Überprüfung der Leistungssteuerkanäle ist es besser, das erste Einschalten mit einer leichten Last durchzuführen, beispielsweise mit einer Glühlampe mit einer Leistung von 20...30 W. Es empfiehlt sich, zuerst den Leistungssteuerkanal 1 und dann 2 zu überprüfen. Dazu müssen Sie in den Modus „Regler 1“ wechseln und durch Ändern der Leistungsstufe über die Tastatur mithilfe der Anzeige die Änderung der Helligkeit überwachen die Lampe. Wenn die Lampe überhaupt nicht aufleuchtet, müssen Sie das Signal vom Netzwerksensor (Pin 7 des DD1-Mikrocontrollers) überprüfen – das Vorhandensein von Impulsen mit einem Protokollpegel. 0 mit einer Dauer von 1...1,2 ms und einer Periode von 10 ms (Abb. 4,b). Autor: S. Shishkin
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