在许多基于Arduino的自动化项目中，使用开关或使用某种控制很容易打开或关断家用电器。但是在很多应用中，我们需要控制交流电源，例如，控制风扇的速度或灯的亮度。在这种情况下，将使用到PWM技术，因此在本文我们将学习如何使用Arduino生成的PWM控制交流风扇的速度。

在本篇文章中，我们将演示使用晶闸管实现Arduino交流风扇速度控制。这里，交流信号的相位控制方法用于通过Arduino产生的PWM信号来控制交流风扇的速度。请注意，在使用220V交流电源电压时需要采取预防措施，并应遵循安全程序。电路工作时，请勿触摸任何组件或电线。

所需的组件

●    Arduino UNO开发板

●    4N25（过零检测）

●    10k电位器

●    MOC3021光电耦合器

●    BT136晶闸管

●    230 VAC轴向交流风扇

●    连接线

使用Arduino进行交流风扇控制的工作原理

工作原理可以分为四个不同的部分，分别是：

1.  过零检测器

2.  相角控制电路

3.  电位器控制风扇转速

4.   PWM信号产生电路

1.  过零检测器

我们在家中使用的交流电源为220v AC RMS、50 HZ。此交流信号本质上是交变的，并且会定期更改其极性。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，在下一个半周期中，它沿另一方向（负向）流至峰值电压，然后再次变为零。为了控制交流风扇的速度，两个半周期的峰值电压都需要斩波或控制。为此，我们必须检测要从中控制/斩波的零点。电压曲线上电压改变方向的这一点称为过零电压点。

下图所示的电路是过零检测器电路，用于获取过零点。首先，使用降压变压器将220V AC电压降压至9V AC，然后将其馈送到4N25光电耦合器的引脚1和2。4N25光电耦合器具有内置LED，引脚1作为阳极，而引脚2作为阴极。因此，按照下面的电路，当交流电波接近零交叉点时，内置的4N25 LED将熄灭，结果4N25的输出晶体管也将变为OFF，并且输出脉冲引脚将上拉至5V。同样，当信号逐渐增加到峰值时，LED点亮，晶体管也将导通，并且接地引脚连接到输出引脚，从而使该引脚为0V。使用此脉冲，可以使用Arduino检测过零点。

2.  相角控制电路

在检测到过零点之后，现在我们必须控制电源打开和关闭的时间量。该PWM信号将决定输出到交流电动机的电压量，从而控制交流电动机的速度。这里使用的是BT136 TRIAC，它可以控制AC电压。

TRIAC是三端交流开关，可由其栅极端的低能量信号触发。在可控硅中，它仅在一个方向上传导，但是对于晶闸管，可以在两个方向上控制功率。

如上图所示，通过向其施加较小的栅极脉冲信号，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，示例中，打开角度为90％，因此功率输出也将减半，因此灯也将以一半的强度发光。

我们知道交流信号的频率为50 Hz。因此时间段将是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。

光电耦合器：

光电耦合器（Optocoupler）也称为光隔离器。它用于保持两个电路（如DC和AC信号）之间的隔离。基本上，它由发出红外光的LED和检测它的光电传感器组成。在本文中，MOC3021光耦合器用于根据微控制器信号（即直流信号）控制交流风扇。

3.  电位器控制风扇速度

此处使用电位器来改变交流风扇的速度。我们知道，电位器是一个三端设备，可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模拟输入端子上给出，用于设置交流风扇的速度值。

4.  PWM信号产生电路

最后，根据速度要求将PWM脉冲提供给TRIAC，这反过来会改变AC信号的ON / OFF时序，并提供可变输出以控制风扇速度。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信号输出提供给TRIAC和光耦合器电路，从而进一步以所需速度驱动交流风扇。

电路连接图

基于Arduino的230v风扇速度控制电路的电路图如下所示：

我直接在面包板上使用220V交流电源进行了连接，如下图所示：

对Arduino进行交流风扇速度控制编程

硬件连接后，我们需要编写Arduino的代码，该代码将生成一个PWM信号，以使用电位器输入来控制AC信号的ON / OFF时序。

首先，声明所有必需的变量，这些变量将在整个代码中使用。此处，BT136 TRIAC连接到Arduino的引脚6。然后声明变量speed_val以存储速度步数值。

1. int TRIAC = 6;
   
2. int speed_val =0;

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接下来，在setup函数中，将TRIAC引脚声明为输出，因为将通过该引脚生成PWM输出。然后，配置一个中断以检测过零。在这里，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，并在其引脚上检测到任何中断时调用名为zero_crossing的函数。

1. void setup()
   
2. {
   
3.   pinMode(LAMP, OUTPUT);
   
4.   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), zero_crossing, CHANGE);
   
5. }

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在loop函数内，从连接到A0的电位器读取模拟值，并将其映射到（10-49）的值范围。

为了找出这个范围，我们必须做一个小的计算。每个半周期等于10,000微秒。因此，此处的调光将以50步进行控制，这是一个任意值，可以更改。此处，最小步长取为10，而不是零，因为0-9步给出的功率输出大致相同，而最大步长取为49，因为实际上不建议采用上限。

然后，每个步长时间可以计算为10000/50 = 200微秒。这将在代码的下一部分中使用。

1. void loop()
   
2. {
   
3.     int pot=analogRead(A0);
   
4.     int data1 = map(pot, 0, 1023,10,49);
   
5.     speed_val=data1;
   
6. }

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在最后一步中，配置中断驱动的函数zero_crossing。在这里，调光时间可以通过将单个步进时间乘以步进数来计算。然后，在此延迟时间之后，可使用一个10微秒的小高脉冲来触发TRIAC，这足以打开TRIAC。

1. void zero_crossing()
   
2. {
   
3.   int chop_time = (200*speed_val);
   
4.   delayMicroseconds(chop_time);  
   
5.   digitalWrite(TRIAC, HIGH);
   
6.   delayMicroseconds(10);
   
7.   digitalWrite(TRIAC, LOW);
   
8. }

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代码

下面给出了使用Arduino和PWM进行此交流风扇控制的完整代码： main.rar (349 Bytes, 下载次数: 43)

2020-2-8 08:43 上传

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