基于單片機(jī)單相交流過零檢測(cè)及脈沖輸出電路設(shè)計(jì)

羅威 楊風(fēng) 焦麗麗

【摘要】目前，可控硅做為大功率電子器件在工程中得到廣泛應(yīng)用，其觸發(fā)方式在許多交流設(shè)備中都采用過零觸發(fā)方式，而其控制多通過對(duì)觸發(fā)脈沖的脈寬調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。本文介紹一種由單片機(jī)控制的過零檢測(cè)及脈沖輸出電路。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件部分包括電源電路、過零檢測(cè)電路、控制電路、脈沖波輸出電路等部分組成。處理器采用51單片機(jī)，設(shè)計(jì)完成了過零檢測(cè)，并能輸出脈寬度從1ms～10ms某一種滿足控制要求的脈沖波。

【關(guān)鍵詞】51單片機(jī);過零檢測(cè);脈沖

The design of single-phase alternating current zero crossing detection and pulse output circuit based on single chip microcomputer

Northern University of China，College of computer and control engineering ?Luo-wei ?Yang-feng ?Jiao-Lili

Abstract：at present，thyristor as power electronic devices are widely used in engineering，the trigger mode in many communication equipment using zero crossing trigger mode，and its control by the pulse width trigger pulse conditioning to achieve.A microcomputer controlled by the zero crossing detection and pulse output circuit is introduced in this paper.The design includes two parts of hardware and software design.The hardware includes the power circuit，the zero crossing detection circuit，control circuit，pulse output circuit.The processor uses 51single chip microcomputer，completed the design of zero crossing detection，and can output pulse width from 1ms to 10ms one to meet the control requirements of pulse wave.

Keywords：51 single-chip;microcomputer;zero crossing detection;pulse

1.引言

當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、日新月異。功率控制器件在電氣方面得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在功率控制中，經(jīng)常要用到移相控制或過零控制技術(shù)，無論是移相控制還是過零控制，都需要檢測(cè)過零觸發(fā)信號(hào)。高精度、低成本、高穩(wěn)定性及強(qiáng)可控性的過零檢測(cè)器大受歡迎。

2.總體方案設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為過零檢測(cè)、脈沖波輸出等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：電源電路、過零檢測(cè)電路、控制電路、脈沖波輸出電路。處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的[1]。

2.2 各電路的原理及功能介紹

2.2.1 電源電路

電源電路主其原理是利用穩(wěn)壓管將220V交流電穩(wěn)壓至8V，再進(jìn)過整流處理得到12V左右電壓，整流后引出，一方面供過零檢測(cè)電路檢測(cè);另一方面將其穩(wěn)壓得到5V直流電源給單片機(jī)和過零檢測(cè)電路供電[2]。具體設(shè)計(jì)見硬件原理圖。

2.2.2 過零檢測(cè)電路

過零檢測(cè)電路見總電路圖。其中A為電源電路中整流后引出，供過零檢測(cè)電路檢測(cè)的點(diǎn);B為5V電源;C為過零檢測(cè)電路過零信號(hào)輸出點(diǎn)。

過零檢測(cè)原理：當(dāng)交流電過零時(shí)，A點(diǎn)電壓低于0.7V，三極管不導(dǎo)通，C點(diǎn)電壓與B點(diǎn)電壓相等為5V，C點(diǎn)輸出高電平;當(dāng)交流電沒過零時(shí)，A點(diǎn)電壓高于0.7V，三極管導(dǎo)通，C點(diǎn)電壓可近視為0V，C點(diǎn)輸出低電平，控制單片機(jī)根據(jù)C點(diǎn)的電壓來判斷是否過零[3]。

2.2.3 單片機(jī)控制電路及脈沖波輸出電路

該部分電路中兩單片機(jī)共用一個(gè)晶振，其中控制電路單片機(jī)的P1.0和P2.0分別為過零信號(hào)輸入口和控制信號(hào)輸出口;輸出電路單片機(jī)的P1.0和P2.0分別為控制信號(hào)輸入口和脈沖波輸出口[4]。具體設(shè)計(jì)見硬件設(shè)計(jì)原理圖。

2.3 控制原理介紹

過零檢測(cè)電路用于檢測(cè)AC220V的過零點(diǎn)，在整流橋路中采樣全波整流信號(hào)，經(jīng)過三極管及電阻電容組成整形電路，整形成脈沖波，并將脈沖波傳送給控制單片機(jī)，進(jìn)行過零檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用了新的控制方案本設(shè)計(jì)中使用兩個(gè)單片機(jī)。一個(gè)用于計(jì)算和控制，另一個(gè)用于脈沖波輸出。

具體控制過程[5]：

電路接通后，過零檢測(cè)電路開始過零檢測(cè)。首次檢測(cè)到過零時(shí)并將過零信號(hào)發(fā)送個(gè)控制單片機(jī)，控制單片機(jī)進(jìn)行軟件延時(shí)1ms，過零檢測(cè)電路再次檢測(cè)（第一次檢測(cè)到的點(diǎn)可能是0～0.7V之間任一點(diǎn)，故應(yīng)跳過，從下一周期開始）。從控制單片機(jī)接收到信號(hào)到脈沖輸出兩單片機(jī)耗時(shí)20us，故控制單片機(jī)第二次收到過零信號(hào)時(shí)延時(shí)327us，即總延時(shí)為447us。控制單片機(jī)第二次接收到過零信號(hào)延時(shí)后發(fā)送信號(hào)給脈沖波輸出單片機(jī)，輸出單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)輸出設(shè)定好的脈沖。下一周期，控制單片機(jī)檢測(cè)到過零信號(hào)后，不再跳過本周期，并重復(fù)上一周期流程。

3.系統(tǒng)的硬件電路圖

首先給出系統(tǒng)的硬件原理圖，如圖1所示。通過原理圖，可知在本設(shè)計(jì)中用到如下器件：AT89C51、穩(wěn)壓管7850等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。

4.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出了一種以單片機(jī)為控制芯片的過零檢測(cè)及脈沖波輸出電路。這里提出的過零信號(hào)檢測(cè)和脈沖波輸出方法能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)過零點(diǎn)，并輸出滿足需要的脈沖波形，省去了同步變壓器，降低了設(shè)備成本，減小了設(shè)備體積。該方法電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]高建榮，吳麗云.基于單片機(jī)的三相電源相序控制設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2004（7）：29-30.

[2]葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3][美]塞爾吉?dú)W·弗朗哥.基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.

[4]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5]馬忠梅，籍順心，張凱，等.單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：

羅威，男，中北大學(xué)碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與技術(shù)。

楊風(fēng)，女，中北大學(xué)教授，研究方向：渦流檢測(cè)技術(shù)，PLC控制技術(shù)，智能電器可靠性及控制部分抗干擾技術(shù)。

焦麗麗，女，中北大學(xué)碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與技術(shù)。