警告！！ 本项目中讨论的电路图仅用于教育目的。请注意，在使用220V交流电源电压时需要采取极端的预防措施，并应遵循安全程序。电路工作时，请勿触摸任何组件或电线。
就像我们在许多基于Arduino的家庭自动化项目中所做的那样，通过使用开关或使用某种控制机制来轻松打开或关闭任何家用电器。但是在很多应用中，我们需要部分控制交流电源，例如，控制风扇的速度或灯的强度。在这种情况下，将使用PWM技术，因此在这里我们将学习如何使用Arduino生成的PWM通过Arduino控制交流风扇速度。
在这个项目中，我们将演示使用TRIAC的Arduino AC风扇速度控制。这里，交流信号的相位控制方法用于使用Arduino产生的PWM信号来控制交流风扇的速度。在上一教程中，我们使用PWM控制了直流风扇的速度。
所需组件
- Arduino UNO
- 4N25（零交叉检测器）
- 10k电位器
- MOC3021 0P耦合器
- （0-9）V，500 mA降压变压器
- BT136可控硅
- 230 VAC轴向交流风扇
- 连接线
- 电阻器
使用Arduino进行交流风扇控制的工作
工作可以分为四个不同的部分。他们如下
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
1.零交叉检测器
我们在家中获得的交流电源为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，它沿交替方向（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零电压交叉。
下面显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光电耦合器具有一个内置LED，引脚1作为阳极，引脚2作为阳极。阴极。因此，按照下面的电路，当AC波接近零交叉点时，4N25的内置LED将会熄灭，结果4N25的输出晶体管也将变为OFF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点，则LED点亮，晶体管也将在接地引脚连接到输出引脚的情况下开启，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，因为它是用于控制AC电压信号的电力电子开关。
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，请遵循我们以前的文章。
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，在这种情况下，点火角度为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。
光耦合器：
光耦合器也称为光隔离器。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。在这里，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。
TRIAC和光耦合器的连接图：
3.电位器控制风扇速度
此处使用电位计来改变交流风扇的速度。我们知道，电位计是一个三端设备，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信号产生单元
在最后一步中，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，该脉冲从电位计获取输入，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。在此处了解有关使用Arduino生成PWM的更多信息。
电路原理图
该基于Arduino的230v风扇速度控制电路的电路图如下所示：
注意：我仅出于了解目的在面包板上显示了完整电路。您不应该直接在面包板上使用220V交流电源，如下图所示，我使用虚线板进行连接
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，以使用电位计输入来控制AC信号的ON / OFF时序。我们之前在许多项目中都使用了PWM技术。
该Arduino AC风扇速度控制项目的完整代码在该项目的底部给出。该代码的逐步说明如下。
第一步，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。并声明变量speed_val以存储速度阶跃值。
整数TRIAC = 6; int speed_val = 0;
接下来，在 设置 功能中，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，并在检测到其引脚上的任何中断时调用名为zero_crossing的函数。
void setup（）{pinMode（LAMP，OUTPUT）; attachInterrupt（digitalPinToInterrupt（3），zero_crossing，CHANGE）; }
在无限 循环内 ，从连接到A0的电位计读取模拟值，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。之前被告知，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。在这里，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（在这种情况下为50）。
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。
void loop（）{int pot = analogRead（A0）; int data1 = map（pot，0，1023,10,49）; speed_val = data1; }
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no来计算。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。
void zero_crossing（）{int chop_time =（200 * speed_val）; delayMicroseconds（chop_time）; digitalWrite（TRIAC，HIGH）; delayMicroseconds（10）; digitalWrite（TRIAC，LOW）; }
下面给出了使用Arduino和PWM进行此交流风扇控制的完整代码以及工作视频。