【正文】 (6)過(guò)零觸。輸出額定電壓有220～380V交流電壓及30～180 V直流電壓。(5)有多種規(guī)格可選擇：輸入有電阻限流直流恒流直流和交流等類(lèi)型。(3)輸出無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪音、無(wú)火花、開(kāi)關(guān)速度快。圖329　交流固態(tài)繼電器的工作波形 (1)輸入控制電壓低3～14V，驅(qū)動(dòng)電流?。?～15mA），輸入控制電壓與 TTL 、DTL 、HTL 電平兼容，直流或脈沖電壓均能作輸入控制電壓。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。如此時(shí)控制端信號(hào)關(guān)斷后，負(fù)載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流時(shí)可自行關(guān)斷，切斷負(fù)載電源[20]。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過(guò)零電壓時(shí),V1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR、BTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)IC1光敏三極管截止時(shí)（控制端無(wú)信號(hào)輸入時(shí)）,V1通過(guò)R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通，從而使SCR可控硅門(mén)極觸發(fā)電壓被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，最終導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門(mén)極控制端R6上無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。LED發(fā)光二極管指示輸入端控制信號(hào)，VD1可防止當(dāng)輸入信號(hào)正負(fù)極性接反時(shí)以保護(hù)光耦I(lǐng)C1。圖328 過(guò)零輸出型交流固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路原理圖固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）電路和輸出電路。過(guò)零型交流SSR是只當(dāng)加入控制信號(hào)后，交流電壓過(guò)零時(shí)固態(tài)繼電器為通態(tài)；而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后，SSR要等交流點(diǎn)的正負(fù)半周的零電位時(shí)（嚴(yán)格說(shuō)是負(fù)載電流小于可控硅導(dǎo)通的維持電流時(shí)）SSR才斷開(kāi)。通常是4端組件，兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，下圖為其結(jié)構(gòu)框圖。它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路（輸入端）與負(fù)載回路（輸出端）之間的電隔離和信號(hào)耦合，而沒(méi)有任何可動(dòng)部件和觸頭，實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于電磁繼電器的功能，故稱(chēng)為固態(tài)繼電器。圖326 風(fēng)機(jī)控制回路圖 主回路中器件的選型（一）固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（SSR）是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷功率型電子開(kāi)關(guān)。此時(shí)由單片機(jī)送出的高電平啟動(dòng)或低電平停止信號(hào)控制接觸器線(xiàn)圈的得電與失電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行與停止的控制。這里的 KM7常閉提供手動(dòng)操作的，當(dāng)線(xiàn)圈得電后，常閉打開(kāi)，這時(shí)的KM8線(xiàn)圈不帶電，固態(tài)繼電器起作用，進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)。圖325 主回路圖二下面對(duì)于風(fēng)機(jī)在控制回路中的原理做一說(shuō)明。圖324 主回路一方案二：圖325也是一組風(fēng)機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，用了一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，一個(gè)熱過(guò)載繼電器，一個(gè)接觸器，六個(gè)小型繼電器，一臺(tái)小風(fēng)機(jī)配了三個(gè)小繼電器，一旦發(fā)生缺相，立即報(bào)警，并將這組風(fēng)機(jī)從系統(tǒng)切除，維護(hù)了其他組風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。風(fēng)機(jī)的保護(hù)可以有很多種方案，下面介紹了兩種方案。AO系列微型電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表323所示：型號(hào)容量W轉(zhuǎn)速r/mi額定電流A功率%功率因數(shù)啟動(dòng)電流A最大轉(zhuǎn)矩AO632237028006AO631225028006AO634437014006AO632425014006表323 AO系列微型電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)注：額定電壓380V，頻率50Hz，連續(xù)工作，可逆。因此達(dá)到對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的[20]。在實(shí)際電路中，用6個(gè)上述的類(lèi)似電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)視控制。設(shè)計(jì)中采用三極管和光耦來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，來(lái)控制電機(jī)的起停。 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中要對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，只需要控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，不需要調(diào)速，因此較為簡(jiǎn)單，是普通的開(kāi)關(guān)量控制。過(guò)壓保護(hù)——過(guò)壓保護(hù)是根據(jù)最小線(xiàn)電壓或最大線(xiàn)電壓和額定電壓的比值，來(lái)判斷是否起動(dòng)保護(hù)功能。詳細(xì)分析電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因，能夠幫助正確地使用和維護(hù)電動(dòng)機(jī)，并能減少不應(yīng)有電動(dòng)機(jī)的損壞。此外，對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制還可以采用無(wú)觸點(diǎn)方式，即采用軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)主回路由晶閘管來(lái)連接和分?jǐn)?，有的為了避免在這些元件上的持續(xù)損耗，正常運(yùn)行中采用真空接觸器承載主回路（并聯(lián)晶閘管上）負(fù)載，這種控制有程控或非程控，近控或遠(yuǎn)控，慢速啟動(dòng)或快速啟動(dòng)等多種方式，另外，依賴(lài)電子線(xiàn)路，很容易做到如電子式繼電器那樣的各種保護(hù)功能。如電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生4～7倍額定電流的啟動(dòng)電流，可以由接觸器或斷路器來(lái)控制，電器的觸頭應(yīng)能承受啟動(dòng)電流的連接和分段考核，應(yīng)該要選用可頻繁操作的接觸器。第六節(jié) 主回路部分設(shè)計(jì) 風(fēng)冷機(jī)的保護(hù)簡(jiǎn)要介紹風(fēng)冷式電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)的一種形式。（5）如果PCB板的 VCO電感設(shè)計(jì)合理,當(dāng)模塊處于接收狀態(tài)時(shí),nRF401的第4 177。圖322 無(wú)線(xiàn)通信電路（3）在電路板的正反兩面均使用大面積鋪銅作為接地面,使所有的器件容易去耦,兩面的鋪銅應(yīng)使用多個(gè)過(guò)孔相連,所有對(duì)地線(xiàn)層的連接必須盡量短,接地過(guò)孔應(yīng)放置在非?？拷暮副P(pán)處[1617]。（2）外接VCO電感應(yīng)選用高頻電感,Q45 ,精度為2%,本設(shè)計(jì)采用深圳順百科技有限公司的LQW18AN22NG00,電感的精度對(duì)無(wú)線(xiàn)通信的距離有較大的影響,也可使用精度為 5 %的,但通信距離會(huì)大大減小。在本設(shè)計(jì)中的無(wú)線(xiàn)通信電路如下圖322所示。應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中，微控制器采用Microchip公司的PIC16F877單片機(jī)，分別用單片機(jī)的RCRCRCRCRE2口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個(gè)腳即可。從上電到接收模式過(guò)程中，芯片將不會(huì)接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會(huì)有數(shù)據(jù)輸出，并且至少保持5ms。Power Up與TX間的切換從加電到發(fā)射模式過(guò)程中，為了避免開(kāi)機(jī)時(shí)產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過(guò)程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。nRF401無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片有多種工作模式。Standby與RX之間的切換從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng)PWR UP輸入設(shè)成1時(shí)，經(jīng)過(guò)3ts 時(shí)間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。重要時(shí)序參數(shù)TX與RX之間的切換當(dāng)從RX切換TX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸入腳(DIN)必須保持為高至少1 ms才能收發(fā)數(shù)據(jù)。圖319 nRF2401引腳排列各引腳功能如下：VSSPA、VSS為參考接地端；VDD為電源端，接+；VDDPA為功率放大+；ANTANT2為天線(xiàn)接口端；XCXC2為晶振端；IREF為參考電流端，通過(guò)22K電阻接地；PWRUP為上電端；CE為工作狀態(tài)使能端；CS為片選端，控制對(duì)nRF2401的PWRUP、CE和CS引腳狀態(tài)組合設(shè)置，控制nRF401的主工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為0，0、1或0、0時(shí)，芯片分別處于掉電狀態(tài)；CLKCLK2為通道2時(shí)鐘信號(hào)端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時(shí)鐘上升沿由DATA引腳向nRF401寫(xiě)入數(shù)據(jù)，在下降沿從nRF401的DATA引腳讀出數(shù)據(jù)；DRDR2為通道2接受數(shù)據(jù)就緒信號(hào)端；DATA、DOUT為通道2數(shù)據(jù)端，控制器與nRF401由CLK、DR和DATA組成的三線(xiàn)接口交換傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通道1可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通道2 只能接收數(shù)據(jù)[15]。其主要特性如下：●工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段eFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；●采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；● 靈敏度高，達(dá)到．105dBm(nRF401)；●功耗小，接收狀態(tài)250~A，待機(jī)狀態(tài)僅為8 A(nRF401)；●最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；●低工作電壓(2．7v)，可滿(mǎn)足低功耗設(shè)備的要求；●具有多個(gè)頻道，可方便地切換工作頻率；● 工作速率最高可達(dá)20Kbit／s(RF401)；●僅外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，基本無(wú)需調(diào)試；●因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開(kāi)闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 000米(與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān))。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環(huán)(PLL)，壓控振蕩器(VCO)，頻率合成器等電路。接收到地址信息后, 用接收的目的地址同自己的身份碼進(jìn)行比較,若身份碼相符就將數(shù)據(jù)送給上位機(jī),不符則忽略[15]。nRF401 的工作過(guò)程為: 在發(fā)射開(kāi)始時(shí)首先發(fā)射同步信息,令收/ 發(fā)雙方同步,同步結(jié)束后傳輸目的地址,然后傳送采集數(shù)據(jù)。nRF401 還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。具有工作半徑大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。nRF401 發(fā)射速率可達(dá)20 kb/ s。該芯片使用 433 MHz ISM頻段,是真正的單片 UHF 無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片,他在一個(gè)20 腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等,是目前集成度最高的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳產(chǎn)品[14]。nRF401單片UHF無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，其硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程在以下進(jìn)行詳細(xì)講解。第五節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)變壓器的無(wú)人看守，因此需要將現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)，故障信號(hào)送入控制室，以便于工作人員隨時(shí)掌握變壓器現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。CC4078芯片的引腳排列圖如圖317所示。當(dāng)過(guò)壓時(shí)，過(guò)壓信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。在故障顯示電路中，過(guò)載故障顯示是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載后，過(guò)載繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線(xiàn)圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行，過(guò)載信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。電路圖如下圖316所示。其中LOAD、DIN、CLK分別接到單片機(jī)的RCRCRC3，此外還應(yīng)注意對(duì)于MAX7219連接到V+和ISET端的電阻REST可對(duì)數(shù)碼管亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本設(shè)計(jì)中選用了阻值為33 K歐姆的電阻。從DIN端進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在輸出引腳DOUT上，以便在級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)傳到下一個(gè)MAX7219。圖314 MAX7219的時(shí)序圖芯片的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖314所示，在時(shí)鐘脈沖CLK上升沿的作用下，16位串行數(shù)據(jù)依次從DIN端輸入到MAX7219的移位寄存器，然后在LOAD的上升沿被鎖存到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)或控制寄存器中。主要特性：⑴ 獨(dú)立的LED段碼控制 ⑵ BCD譯碼與段碼兩種模式選擇⑶ 150μA的低功耗關(guān)閉模式（數(shù)據(jù)保留）⑷ 數(shù)字化的光亮控制⑸ 驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示⑹ 24管腳封裝MAX7219和單片機(jī)連接有三條引線(xiàn)（DIN、CLK、LOAD）采用16位數(shù)據(jù)串行移位接收方式。這個(gè)芯片具有低功耗工作模式以及數(shù)字化的光亮控制。只需要一個(gè)外部電阻，就可以正確的驅(qū)動(dòng)所有LED的段地址。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動(dòng)電路，可以連續(xù)的驅(qū)動(dòng)8位7段數(shù)據(jù)顯示。若采用液晶顯示，能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，但因其價(jià)格昂貴，所以設(shè)計(jì)不采用液晶進(jìn)行顯示。一般的顯示大都采用使用單片機(jī)的I\O口作為數(shù)碼管的位選線(xiàn)和段選線(xiàn)，或者使用移位寄存器。電路圖如下圖313所示。 SET 鍵為溫度范圍設(shè)定開(kāi)始鍵，UP 為溫度的遞增鍵，DOWN 為溫度的遞減鍵，每按下一次，溫度變化一度。 經(jīng)過(guò)線(xiàn)形光耦的隔離可以很好地抑制現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)。 確定Vcc=5V，輸入在04V之間，輸出等于輸入，采用LMV321運(yùn)放芯片以及上面電路，下面給出參數(shù)。另外，由于工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)的運(yùn)放滿(mǎn)足虛短特性，因此，考慮IPD1的限制，R2的確定可以根據(jù)所需要的放大倍數(shù)確定，例如如果不需要方法，只需將R2=R1即可。電阻的選型需要考慮運(yùn)放的線(xiàn)性范圍和線(xiàn)性光耦的最大工作電流IFmax。為了能使輸入范圍能夠從0到VCC，需要運(yùn)放能夠滿(mǎn)擺幅工作，另外，運(yùn)放的工作速度、壓擺率不會(huì)影響整個(gè)電路的性能。輔助電路與參數(shù)確定：上面的推導(dǎo)都是假定所有電路都是工作在線(xiàn)性范圍內(nèi)的，要想做到這一點(diǎn)需要對(duì)運(yùn)放進(jìn)行合理選型，并且確定電阻的阻值。忽略運(yùn)放負(fù)端的輸入電流，可以認(rèn)為通過(guò)R1的電流為，根據(jù)R1的歐姆定律得：通過(guò)R3兩端的電流為，根據(jù)歐姆定律得：其中,為光耦2腳的電壓，考慮到LED導(dǎo)通時(shí)的電壓（）基本不變，這里的作為常數(shù)對(duì)待。下面對(duì)HCNR200/201的典型電路進(jìn)行分析，對(duì)電路中如何實(shí)現(xiàn)反饋以及電流電壓、電壓電流轉(zhuǎn)換進(jìn)行推導(dǎo)與說(shuō)明。采用HCNR200/201進(jìn)行隔離的一些指標(biāo)如下所示：* 線(xiàn)性度：HCNR200：%，HCNR201：%；* 線(xiàn)性系數(shù)K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；* 溫度系數(shù)： 65ppm/℃；* 隔離電壓：1414V；* 信號(hào)帶寬：直流到大于1MHz。HCNR200和HCNR201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，差別在于一些指標(biāo)上。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)化，電壓的變化體現(xiàn)在電流IF上，IPD1和IPD2基本與IF成線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性系數(shù)分別記為K1和K2,即K1與K2一般很?。?），并且隨溫度變化較大（%%之間），但芯片的設(shè)計(jì)使得K1和K2相等。HCNR200/201的內(nèi)部框圖如311所示 圖311 HCRN200內(nèi)部框圖其中2引腳作為隔離信號(hào)的輸入，4引腳用于反饋，6引腳用于輸出。市場(chǎng)上的線(xiàn)性光耦有幾中可選擇的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。線(xiàn)性光耦的隔離原理與普通光耦沒(méi)有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。集成的隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜、體積大、成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。對(duì)于高頻交流模擬信號(hào)，變壓器隔離是最常見(jiàn)的選擇，但對(duì)于支流信號(hào)卻不適用。普通的光耦在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到，如UART協(xié)議的20mA電流環(huán)。使用光電耦合器還具有很好的安全保障作用，因?yàn)楣怆婑詈掀鞯妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響到單片機(jī)等重要的核心設(shè)備。（2）光電耦合器的輸入回路與輸出會(huì)之間沒(méi)有電氣聯(lián)系，也沒(méi)有共地，之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因而回路一側(cè)的各種干擾噪聲都很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一側(cè)去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。（1）光電耦合器的輸入阻抗很