大創(chuàng)項目

黃捷 馬煊 呂君牧 張港

摘 要 大學生創(chuàng)新項目，鼓勵學生盡早接觸參與實際應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)活動，增強學生解決實際工程應(yīng)用的能力。筆者通過指導學生參與觸發(fā)電路的研究，對于其在專業(yè)課程中，如何進行信號檢測、信號接入及信號處理等問題進行了研究。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)新項目 單片機 觸發(fā)電路

0 引言

隨著生活水平的提高，人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娐房刂?，會用到晶閘管此類半控型器件，對于電路的控制，本課題通過用單片機控制的觸發(fā)電路研究，解決現(xiàn)有常用觸發(fā)控制電路的缺點，讓用戶任意掌控不同的角度調(diào)節(jié)，達到適應(yīng)不同環(huán)境的效果。通過本項目的實施，了解相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展；通過訓練，做好基礎(chǔ)技術(shù)儲備，優(yōu)化科研素質(zhì)與能力，豐富實踐經(jīng)驗，增強團隊成員間的溝通能力。為今后的進一步深造發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

1 電路研究

1.1 觸發(fā)電路

電路總體方案。觸發(fā)電路模塊設(shè)計的整體框圖如圖1、圖2所示。

電路整體分為系統(tǒng)觸發(fā)電路發(fā)生裝置、觸發(fā)調(diào)制單元電路、晶閘管導通角的控制電路、交流供電負載電路組成，模塊電路電源仍采用交流供電、電容降壓、二極管半波整流（圖3）。

1.2 擬解決的關(guān)鍵問題

與傳統(tǒng)的電位器調(diào)節(jié)控制晶閘管觸發(fā)電路觸發(fā)信號相比，定電容變電阻的調(diào)節(jié)方式比較常見，同時成本較低，在調(diào)節(jié)次數(shù)較多的情況下，電位器的調(diào)節(jié)精度會隨著時間的推移而發(fā)生很大變化，因此對于本項目來說，就是要通過單片機構(gòu)成的系統(tǒng)，提高相位角調(diào)節(jié)的精度，電子調(diào)節(jié)方式相對于機械方式有很好的優(yōu)點。

首先對于電力電子器件相位的信號控制搭建一個電路，單節(jié)晶體管觸發(fā)電路，采集其輸出相位控制信號，再通過單片機構(gòu)成的電路對其進行后續(xù)控制，以達到較高精度的相位輸出信號的調(diào)制，最終其信號經(jīng)過隔離電路后，接入交流供電負載電路，可以完成如單相可控整流電路、單相橋式半控整流電路、單相交流調(diào)壓電路等電路的實驗。

1.3 單片機部分電路組成和技術(shù)路線

首先，選擇合適的IC及元件，組成觸發(fā)電路發(fā)生裝置。

觸發(fā)電路的重要組成部分，單節(jié)晶體管采用型號為BT-33，其余的元件均為常見部件，如穩(wěn)壓管、電阻、三極管等。觸發(fā)電路有輸出信號后，信號輸出經(jīng)同步處理，再經(jīng)過光電耦合及驅(qū)動電路處理后，輸出的信號就可以接入電路輸入端作為晶閘管的控制信號。在本次項目中，為保證觸發(fā)電路的信號穩(wěn)定，故采用模塊化觸發(fā)電路的輸出，作為單片機系統(tǒng)的輸入信號。

單片機構(gòu)成的系統(tǒng)可采用市面常見的8031、8051等型號，價格優(yōu)勢明顯，也可采用通用的單片機開發(fā)板進行二次電路開發(fā)與實踐。輸入信號有了，考慮的問題包括信號輸入后接入哪里；信號后續(xù)控制要實現(xiàn)什么；最終的信號可以完成什么電路的控制等。系統(tǒng)在31或51系列單片機最小系統(tǒng)中，通過定時/計數(shù)器及晶振單元組成的電路，再加上定時/計數(shù)器的可編程RAM輸入輸出擴展模塊就組成了單片機系統(tǒng)電路。工頻電信號的頻率為50HZ，也就是周期為20毫秒，控制的相位角%Z可以通過電角度與延時時間控制大小，定時的時間約為55.6微秒與控制的角度乘積，這樣，就可以利用定時/計數(shù)器單元實現(xiàn)對角度的定時，用硬件定時的方法可縮短處理器在線工作時間。單片機具有兩個定時計數(shù)器，31系列單片機的機器周期由十二個振蕩周期完成，定時狀態(tài)時計數(shù)頻率為振蕩頻率的十二分之一，計數(shù)狀態(tài)時，計數(shù)頻率為振蕩頻率的二十四分之一，當晶振的頻率從3M赫茲-10M赫茲變化過程中，在4M赫茲的情況下，分辨率%o約為0.0045度，由于16位定時/計數(shù)器最大定時時間為65536，定時對應(yīng)的角度約為分辨率乘以最大定時時間，結(jié)果約為300度，由此可見，分辨率和系統(tǒng)的移相范圍能夠滿足項目的要求。

項目中的同步電路電源是從同步變壓器的副繞組引出，經(jīng)過RC移相電路調(diào)制后，使其過零點與正弦信號的兩個自然換相點一致，再經(jīng)電壓比較器輸出單相方波同步信號，調(diào)制的周期為 20ms工頻周期，此信號可以為角定時和觸發(fā)角度提供方便，也可以作為同步控制信號使用。要得到所需角度的電信號，只要處理好同步電信號的延時中斷時間，就可以實現(xiàn)電路的要求，31系列的5個中斷源中，此項目的電路要求外部中斷，因此，對于只要采集其信號，就可以通過相位中斷及P0位的情況確定中斷源。

后續(xù)電路信號的處理就方便的多，整形濾波電路要考慮，特別在設(shè)計的電路中，要適時的運用電感，電感器的作用是用來吸收電路產(chǎn)生的諧波，防止其通過電源線干擾其他用電器，提高電路的可靠性。

2 過程管理

隨著科技進步與發(fā)展，大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項目也越來越多。如何就所學的專業(yè)理論知識，結(jié)合實際應(yīng)用對其進行創(chuàng)新，是對步入社會的大學生提出了較高的要求。

傳統(tǒng)教學模式已不能適應(yīng)電力電子技術(shù)實踐發(fā)展的需要，在校生通過學校組織的大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃，可以結(jié)合自身興趣，對某一方面的內(nèi)容進行鍛煉，同時可以進一步提高其自身其他方面的實踐技能，強化工程應(yīng)用與實踐創(chuàng)新能力。

項目的完成過程中，全程指導老師不定期指導并監(jiān)督，項目小組由三人組成，管理模式主持人負責整體進度，一人負責觸發(fā)電路的搭建及調(diào)試，一人負責單片機部分電路及外圍電路搭建，小組成員合理分工和相互監(jiān)督，各自部分完成后，最終完成整體電路的調(diào)試。在平時的測試及實驗過程中，對訓練的各環(huán)節(jié)都有嚴格的目標測試，如電路的完成情況、電路的測試結(jié)果、相位角的測試參數(shù)等等；組員對訓練的每個環(huán)節(jié)相互幫助，相互監(jiān)督，實時對測試的內(nèi)容進行記錄，對課題的研究進展進行分析，以提高訓練項目的質(zhì)量和效果。

3 結(jié)束語

通過本項目的實施，了解相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展歷程，并對最新發(fā)展情況進行研究；通過項目的訓練，做好基礎(chǔ)的技術(shù)儲備，優(yōu)化科研素質(zhì)，豐富個人實踐經(jīng)驗，提高解決實際問題的能力，增強團隊成員間的表達與溝通能力，為今后的進一步深造發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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