Диммер своими руками arduino

Как сделать диммер на основе Ардуино

Ардуино дает возможность для легкой реализации множества различных устройств и функций, в том числе, переключения нагрузок переменного тока с помощью механического или твердотельного реле. Но чуть сложнее ситуация складывается тогда, когда вам приходится регулировать яркость ламп с помощью программы, ведь ограничить силу тока симистром уже нельзя.

В таком случае более эффективным будет использовать Ардуино диммер, КПД которого значительно выше в данной задаче, чем у того же симистра, учитывая необходимость рассеивать большое количество теплоты. Давайте разберёмся, как создать диммер, что необходимо прописать в программной части, и какие материалы вам потребуются.

Как сделать диммер на Ардуино своими руками

Вариант 1

Ардуино диммер 220 В проектируется таким образом, чтобы в него входили простые синусоиды из розеток, а выходили уже обрезанные. Таким образом, он не будет пропускать часть синусоид, в зависимости от размера которой будет изменяться и усреднённое напряжение на устройстве. Поэтому, с помощью изменения промежутков с нулевым напряжением возможно регулировать ток на выходе, с помощью того самого симистра.

Важно подобрать подходящий, ведь они различаются по размеру корпуса и принимаемому току, например, более крупные пропускают напряжение в 800 вольт, эквивалентное 30 квт.

У нас будет два варианта исполнения. Теоретический и конкретный альтернативный, уж, простите, за аналогии.

В первом варианте, чтобы проект поддавался контролю, потребуется пакет рассыпух, а также пара резисторов и несколько оптопар. Большая часть компонентов, полный список которых мы опишем ниже, продается за копейки в любом магазине радиотехники, поэтому вам не составит труда собрать всё, что необходимо.

Чтобы было удобнее подключать Аrduino симистор, потребуется несколько клемм, но можно обойтись и без них. А для сборки всей схемы необходимо спроектировать и сделать макетную плату. Удобнее всего использовать 3-Д принтер, но можно создать её и старым химическим способом.

В итоге у нас получится Аrduino диммер 220 В, который будет разрывать соответствующую сеть, а контролировать мы всё будем с помощью оптопары, для чего нам потребуется стандартная мигалка. Таким образом, выйдет, что сама плата останется развязанной с помощью сетевого напряжения, что поспособствует безопасности инженера и дальнейших пользователей.

Но для своевременного открытия симистра устройству потребуется узнавать, когда напряжение будет проходить через ноль, для чего и пригодится вторая оптопара, которую мы подключим к противоположной стороне.

С помощью такой незамысловатой схемы мы получим девайс, который будет отправлять нам сигнал каждый раз, когда напряжение проходит через 0 в сети, а управление симистром будет осуществляться с помощью верхней оптопары.

О том, какой алгоритм работы потребуется прописать программой, – мы расскажем чуть ниже, но давайте сначала разберёмся, какие инструменты и составляющие вам потребуются, чтобы собрать аппаратную часть проекта. Как уже упоминалось, все их вы сможете купить на рынке или в магазине радиотехники без затруднений.

Вариант 2

Во втором варианте мы настроим яркость лампы, подключенной к цепи последовательным портом. Яркость можно изменить в соответствии с командами, которые мы предоставляем для последовательного порта. Мы будем использовать эти конкретные команды в этом проекте Ардуино диммера:

• 0 для ВЫКЛЮЧЕНИЯ
• 1 для яркости 25%
• 2 для яркости 50%
• 3 для яркости 75%
• 4 для 100% яркости

Мы разработаем схему диммера с импульсной волной (PWM), которая будет использовать IRF830A в диодном мосте, который используется для управления напряжением на лампе с импульсной модуляцией (PWM). Напряжение источника питания для управления затвором подается с напряжением на полевом транзисторе с полевым эффектом из оксида металла (MOSFET).

Материалы

Вариант 1

Для удобства следует разбить список покупок на несколько основных пунктов, в зависимости от того, для чего мы будем использовать те или иные инструменты. Так, вам будет необходимо собрать:

1. Детектор для отслеживания пересечений с нулем. Для этой части проекта потребуется H11AA11 с парой резисторов на 10кОм, а также мостовой выпрямитель на 400 Вольт и ещё пара резисторов на 30 кОм. Для удобства стоит прикупить и 1 разъем, а также стабилизатор на 5.1 Вольт.
2. Драйвер для лампы. Здесь достаточно будет простого светодиода, а также MOC3021 с резистором 220 Ом (можно и больше), а еще резистором на 470 Ом и 1 кОм, и один симистор, подойдет версия TIC Также можете докупить ещё один разъем.
3. Вспомогательные элементы. Конечно, при спайке не обойтись без проводов и куска текстолита 6 на 3 см.

Когда вы соберёте все необходимые элементы, придёт время спайки, поэтому, помимо выше перечисленного, потребуются также паяльник и канифоль с припайкой. Плату вы можете расчертить и сделать самостоятельно или воспользоваться специальным принтером, если есть в наличии. Варианты расположения дорожек можно найти на нашем сайте или спроектировать всё самостоятельно, по вашему желанию.

Вариант 2

Для нашего второго альтернативного варианта нам понадобятся:

1x — 330 Ом резистор
2x — 33К резистора
1x — 22К резистор
1x- 220 Ом резистор
4x — 1N4508 диоды
1x — 1N4007 диоды
1x — Диод Zener 10V.4W
1x — Конденсатор 2.2uF / 63V
1x — Конденсатор 220nF / 275V
1x — Arduino / Ардуино
1x — Оптрон: 4N35
1x — МОП-транзистор: IRF830A
1x — Лампа: 100 Вт
1x — Питание 230 В
1x — Розетка
1x — Паяльная плата и паяльный комплект

Создание платы

Мы рассмотрим самый бюджетный вариант – вытравку платы в соляном растворе, но прежде на неё необходимо будет наклеить проект, который вы можете создать в программе по желанию. Дальнейшая сборка не несёт никаких трудностей и секретов, необходимо будет воспользоваться панельками под оптроны и мостовые выпрямители. Также, при написании текста, для разметки элемента, его стоит делать зеркальным, так как при ЛУТе, отпечатавшийся рисунок примет правильный вид на меде, и перенесется так, что вы без проблем прочитаете все необходимые данные.

Хорошим выбором станет TIC206, который выдаст добротных 6 ампер. Но здесь стоит учесть, что те проводники, которые установлены на плате, просто не выдержат такую силу тока, поэтому дополнительно стоит припаять провод на проводник симистора у разъемов, а вторую часть – к другим разъемам.

Также, при наличии оптрона H11AA11, мостовой выпрямитель можно не использовать, ведь в нем уже имеются два не параллельных диода, а также возможность работы с переменными токами. Совместимость с выводами 4N25 позволяет просто вставить его к припою с двумя перемычками, находящимися между 5 и 7 резистором, на нашей схеме.

Во втором варианте схема будет выглядеть так:

Какая программа необходима для устройства

Вы можете подгрузить готовый код с библиотеками с сайта или написать его самостоятельно. Благо, программа под диммер на Ардуино не очень тяжелая, и в ней достаточно учитывать, что нулевой сигнал будет генерироваться в прерываниях, которые в симисторе переключаются на определённое время.

Единственное, что стоит учесть – это использование переменной цикла, её стартовое значение стоит поставить не в 0, а в 1, а максимальный шаг варьируется от 1 до 5. Таким образом, нам будет подходить два вида диапазонов измерения – от 2 до 126, и от 0 до 128.

Код для альтернативного варианта у нас такой:

Технологический процесс сборки

Мигалка на Ардуино без проблем собирается на макетной плате, и особенностей в спайке уже готового макета нет никаких. Единственное, стоит не забывать о примечаниях, приведённых выше, по поводу припайки одного провода к симистору, дабы не сжечь дорожки на плате, выстроив правильное прерывание. В остальном, даже новичку удастся без проблем собрать конечный проект, благодаря его простоте.

Как это выглядит в реальном виде:

Настройка и тестирование устройства

Наш второй вариант работает таким образом (на видео видно как к устройству подносится фонарик):

Уже распаянный Аrduino диммер подключите к Ардуино и двигайте потенциометр до тех пор, пока не достигнете максимума и минимума накала лампочки. Для того чтобы увидеть реальную картину волны, достаточно воспользоваться осциллографом, способным измерять напряжение до 12 вольт.

Но напрямую подключать также нельзя, здесь пригодится делитель напряжения в соотношении 1 к 20; дабы не греть лишний раз резисторы, подойдет номинал двести и десять килоОм. После аккуратного подключения устройство можно подсоединить к сети и, наконец, увидеть результаты своих трудов.

Источник

ДИММЕР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА АРДУИНО

Потребители переменного тока повсюду — практически вся бытовая техника получает питание от сети 220 В. Поэтому часто сталкиваемся с ситуациями, когда нужно иметь управление нагрузкой переменного тока, такой как лампа, двигатель, нагреватель и другие электроприборы. Понятно, что принцип управление нагрузкой переменного тока не совпадает с нагрузкой для постоянного тока. Поэтому требуется использовать разные электронные схемы для этой цели.

Теоретическая часть и схема

На рисунке показана синусоидальная волна сети с частотой 50 Гц. Для построения диммера важны точки пересечения нуля (точки, где волна меняет свою полярность). Чтобы зафиксировать эти точки, надо использовать детектор пересечения нуля.

Рисунок 1. Сетевая синусоида (зеленые стрелки показывают точки пересечения нуля)

На рисунке далее приведена принципиальная схема всего регулятора мощности переменного тока.

Рисунок 2. Принципиальная схема цифрового диммера переменного тока

Элементы R1, R2, IC1, D1 и C3 создают схему детектора пересечения нуля. Он предназначен для обеспечения надлежащей оптоизоляции сетевого напряжения. Таким образом получаем сигнал, который можно безопасно подключить к входам и выходам Arduino. Далее показан выходной сигнал детектора пересечения нуля (вывод 4 микросхемы IC1). Согласно спецификации TLP521-1 это микросхема состоящая из фототранзистора, оптически связанного с инфракрасным излучающим диодом на основе арсенида галлия. Конечно, можно использовать и другие аналогичные оптопары.

Рисунок 3. Выходной сигнал цепи детектора пересечения нуля

Итак, тут будем использовать импульс пересечения нуля в качестве триггера для главной цепи управления. Это легче понять, просмотрев код Arduino и выходную волну. Радиоэлемент IC3 — тиристор BT138. Нагрузка включена последовательно с тиристором и линией переменного тока, поэтому он определяет количество энергии, которое должно быть подано на нагрузку.

Внимание: монтажное основание BT138, что используется для крепления радиатора, подключено к контакту 2. Вы не должны касаться радиатора или прикручивать его к металлическому корпусу!

Радиодетали R4, R5 и C2 реализуют схему демпфирования для IC2, а C1 и R7 создают схему демпфирования для IC3. Эти детали помогают устройству быть совместимым с различными типами нагрузок, такими как индуктивные. Оптрон IC2 является компонентом обеспечивающим надлежащую гальваническую развязку между цифровой стороной и линией переменного тока 220 В. Выбранный тип — MOC3021. Также можете использовать другие аналогичные, но будьте осторожны, чтобы не использовать детали со встроенным детектором пересечения нуля. Они полезны для переключения нагрузок переменного тока (ВКЛ / ВЫКЛ), а не для диммирования.

Разработка печатной платы

На рисунке показана разработанная схема печатной платы. Линии переменного тока, которые должны пропускать большой ток, более толстые и двусторонние. Кроме того, обе стороны были усилены для уменьшения сопротивления и увеличения возможностей передачи мощности.

Рисунок 5. Расположение деталей печатной платы диммера переменного тока

Все компоненты обычные по размеру. Поэтому будет легко паять и использовать схему в качестве готового модуля. R2, R4, R5 и R7 — резисторы мощностью 1 Вт. Резистор R1 и R6 0,25 Вт. C1 и C2 могут быть выбраны типа MKT или полиэстер, но убедитесь что они имеют номинальное напряжение не менее 400 В. Конденсаторы с номинальным напряжением 250 В тоже в принципе можно брать, но 400 В — это разумный выбор при подстраховке для напряжений конденсаторов. K1 — разъем MKDSN. P1 — традиционный 4-контактный штекерный разъем.

Сборка схемы регулятора

На рисунке показан опытный образец печатной платы. Схема PCB и файл Gerber прилагаются в архиве. Установленный радиатор подходит для тестов. Для долгосрочного использования надо использовать больший по размеру радиатор. Расположение IC3 около границы печатной платы значительно облегчает задачу установки любого радиатора.

Рисунок 6. Первый прототип схемы управления

Теперь время подключить схему к плате Arduino и начать управлять нагрузкой переменного тока. Выбрана Arduino Nano, но вы можете использовать и другие подобные платы. Пример кода Arduino для диммера переменного тока смотрите далее:

1. const byte ZCP = 2;
2. const unsigned int dim = 5000;
3. void setup() <
4. pinMode(ZCP, INPUT);
5. pinMode(10, OUTPUT);
6. digitalWrite(10, LOW);
7. >
8. void loop() <
9. if (digitalRead(ZCP) == HIGH)
10. Zero_Cross();
11. >
12. void Zero_Cross() <
13. digitalWrite(10, LOW);
14. delayMicroseconds(dim);
15. digitalWrite(10, HIGH);
16. >

Нет необходимости писать более сложный код для тестирования диммера — этот итак будет работать хорошо. Существует два метода отслеживания импульсов детектора пересечения нуля: опрос и прерывание. В первом варианте было с помощью прерывания, но в некоторых ситуациях сталкивались с мерцанием нагрузки. Мерцание — раздражающая ситуация, которая случается с некоторыми диммерами. Причина в неправильном выборе времени. Как уже упоминалось ранее, точки пересечения нуля очень важны и любой случайный сдвиг времени приведет к нестабильности. Поэтому переключили на метод опроса (строки с 8 по 11).

Практические испытания

Все что нужно сделать, это изменить время отключения симистора в обоих циклах, чтобы переменная «dim» определяла мощность передаваемую нагрузке. В качестве отправной точки установим диммер на середину. Это означает что в течение 5 мс симистор отключен. А теперь давайте подтвердим теорию на практике, изучив форму волны нагрузки. Использовался обычный трансформатор на 220 В / 12 В.

Рисунок 7. Проверка нагрузки и необходимых соединений

На рисунке показана форма выходного сигнала (50%). Вы можете усовершенствовать код и добавить две кнопки для увеличения и уменьшения выходной мощности.

Рисунок 8. Форма выходного сигнала в 50% мощности (dim = 5000)

В общем получилась очень даже неплохая вещь, позволяющая цифровым сигналом управлять различными, в том числе очень мощными нагрузками, что повышает удобство пользования электроприборами и увеличивает их срок службы.

Форум по обсуждению материала ДИММЕР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА АРДУИНО

Используйте технологию дополненной реальности, чтобы легко ремонтировать и отлаживать радиоэлектронные проекты в онлайн режиме.

Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.

Микроконтроллер ATtiny13 и MOSFet транзисторы будут управлять светодиодными лентами в этой схеме ЦМУ.

Источник