如何使用Arduino生成的PWM来控制交流风扇的速度

　　警告！！ 本项目中讨论的电路图仅用于教育目的。请注意，使用 220V 交流电源电压需要采取极端的预防措施，并应遵循安全程序。电路运行时，请勿触摸任何元件或电线。

　　就像我们在许多基于 Arduino 的家庭自动化项目中所做的那样，使用开关或使用某种控制机制很容易打开或关闭任何家用电器。但是有很多应用需要我们部分控制交流电源，例如控制风扇的速度或灯的强度。在这种情况下，使用了PWM 技术，所以在这里我们将学习如何使用 Arduino 生成的 PWM 来控制 Arduino 的交流风扇速度。

　　在这个项目中，我们将演示使用 TRIAC 的 Arduino 交流风扇速度控制。这里使用交流信号的相位控制方法来控制交流风扇的速度，使用 Arduino 生成的 PWM 信号。在之前的教程中，我们使用 PWM 控制直流风扇的速度。

　　所需组件

　　Arduino UNO

　　4N25（过零检测器）

　　10k 电位器

　　MOC3021 0pto耦合器

　　（0-9）V、500 mA 降压变压器

　　BT136 可控硅

　　230 VAC 轴流交流风扇

　　连接线

　　电阻器

　　使用 Arduino 进行交流风扇控制

　　工作可以分为四个不同的部分。它们如下

　　1. 过零检测器

　　2. 相位角控制电路

　　3. 控制风扇转速量的电位器

　　4. PWM 信号发生电路

　　1. 过零检测器

　　我们家中的交流电源是 220v AC RMS，50 HZ。该交流信号本质上是交替的，并且会周期性地改变其极性。在每个周期的前半部分，它沿一个方向流动，达到峰值电压，然后下降到零。然后在下一个半周期，它以交替方向（负）流动到峰值电压，然后再次变为零。为了控制 AC Fan 的速度，需要对两个半周期的峰值电压进行斩波或控制。为此，我们必须检测要控制/斩波信号的零点。电压曲线上电压改变方向的这一点称为过零电压。

　　下图所示的电路是用于获取过零点的过零检测器电路。首先，使用降压变压器将 220V AC 电压降为 9V AC ，然后在其引脚 1 和 2 处馈入 4N25 光耦合器。4N25 光耦合器具有内置 LED，引脚 1 为阳极，引脚 2 为阴极。因此，根据下面的电路，当交流波接近零交叉点时，4N25 的内置 LED 将关闭，因此，4N25 的输出晶体管也将关闭，输出脉冲引脚将被拉到5V。同样，当信号逐渐增加到峰值时点，然后 LED 打开，晶体管也将打开，接地引脚连接到输出引脚，这使得该引脚为 0V。使用此脉冲，可以使用 Arduino 检测过零点。

　　2. 相位角控制电路

　　检测到过零点后，现在我们必须控制电源开启和关闭的时间量。该PWM 信号将决定输出到交流电机的电压量，进而控制电机的速度。这里使用了BT136 TRIAC，它控制交流电压，因为它是用于控制交流电压信号的电力电子开关。

　　TRIAC是一种三端交流开关，可由其栅极端的低能量信号触发。在 SCR 中，它仅在一个方向上导通，但在 TRIAC 的情况下，可以在两个方向上控制功率。要了解有关TRIAC和SCR的更多信息，请阅读我们之前的文章。

　　如上图所示，通过向 TRIAC 施加一个小的栅极脉冲信号以 90 度的触发角触发 TRIAC。时间“t1”是根据调光要求给出的延迟时间。例如，在这种情况下，触发角为 90%，因此功率输出也将减半，因此灯也会以一半的强度发光。

　　我们知道这里交流信号的频率是 50 Hz。所以时间段将是 1/f，即 20ms。对于半个周期，这将是 10 毫秒或 10，000 微秒。因此，为了控制交流灯的功率，“t1”的范围可以在 0-10000 微秒之间变化。

　　光耦：

　　光耦也称为光隔离器。它用于保持两个电路（如直流和交流信号）之间的隔离。基本上，它由发射红外光的 LED 和检测红外光的光电传感器组成。这里使用 MOC3021 光耦合器从微控制器信号（直流信号）控制交流风扇。

　　TRIAC和光耦连接图：

　　3. 控制风扇转速的电位器

　　这里使用电位器来改变交流风扇的速度。我们知道电位器是一个三端器件，它充当分压器并提供可变电压输出。这个可变的模拟输出电压在 Arduino 模拟输入端给出，用于设置交流风扇的速度值。

　　4. PWM信号发生单元

　　在最后一步中，根据速度要求向 TRIAC 提供PWM 脉冲，从而改变 AC 信号的 ON/OFF 时序并提供可变输出来控制风扇速度。在这里，Arduino 用于生成 PWM 脉冲，该脉冲从电位器获取输入，并将 PWM 信号输出到 TRIAC 和光耦合器电路，进一步以所需的速度驱动交流风扇。

　　电路原理图

　　这个基于 Arduino 的 230v 风扇速度控制电路的电路图如下所示：

　　注意：我在面包板上展示了完整的电路，只是为了便于理解。您不应该直接在面包板上使用 220V 交流电源，我使用虚线板进行连接，如下图所示

　　为 Arduino 编程以控制交流风扇速度

　　硬件连接后，我们需要为 Arduino 编写代码，它会产生一个PWM 信号，使用电位器输入来控制 AC 信号的 ON/OFF 时序。我们以前在许多项目中使用过 PWM 技术。

　　这个Arduino AC风扇速度控制项目的完整代码在这个项目的底部给出。下面给出代码的逐步解释。

第一步，声明所有需要的变量，这些变量将在整个代码中使用。这里 BT136 TRIAC 连接到 Arduino 的引脚 6。并且声明了变量speed_val来存储速度步长的值。

 

int TRIAC = 6;
int speed_val =0;

 

接下来，在setup函数中，将TRIAC引脚声明为输出，因为 PWM 输出将通过该引脚生成。然后，配置一个中断来检测过零。这里我们使用了一个名为attachInterrupt的函数，它将 Arduino 的数字引脚 3 配置为外部中断，并在其引脚检测到任何中断时调用名为zero_crossing的函数。

 

无效设置（）
{
  pinMode（灯，输出）；
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), zero_crossing, CHANGE);
}

 

在无限循环中，从连接在 A0 的电位器读取模拟值，并将其映射到 (10-49) 的值范围。

要找出这个范围，我们必须做一个小计算。早些时候有人说，每半个周期相当于 10,000 微秒。所以这里的调光将被控制在 50 步，这是一个任意值，可以改变。这里的最小步数取为 10，而不是零，因为 0-9 步给出的功率输出大致相同，最大步数取为 49，因为实际上不建议采用上限（在这种情况下为 50）。

那么每一步的时间可以计算为 10000/50= 200 微秒。这将在代码的下一部分中使用。

 

无效循环（）
{
    int pot=analogRead(A0);
    int data1 = map(pot, 0, 1023,10,49);
    speed_val=data1；
}

 

最后一步，配置中断驱动函数zero_crossing。在这里，可以通过将单个步进时间乘以 no 来计算调光时间。的步骤。然后在此延迟时间之后，可以使用 10 微秒的小高脉冲触发 TRIAC，这足以打开 TRIAC。

 

无效过零（）
{
  int 斩波时间 = (200*speed_val);
  延迟微秒（chop_time）；  
  数字写入（TRIAC，高）；
  延迟微秒（10）；
  数字写入（TRIAC，低）；
}
下面给出了使用 Arduino 和 PWM进行交流风扇控制的完整代码

 

int TRIAC = 6;

int speed_val=0;

无效设置（）

{

pinMode（TRIAC，输出）；

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

}

void zero_crossing()

{

int Chop_time = (200*speed_val);

延迟微秒（chop_time）；

数字写入（TRIAC，高）；

延迟微秒（10）；

数字写入（TRIAC，低）；

}

无效循环（）

{

int pot=analogRead(A0);

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

speed_val=data1；

}