1、第2章家用電器的控制系統(tǒng) 本章要點(diǎn) 控制系統(tǒng)的概念與控制的根本原理 家用電器的程序控制 單片機(jī)與家用電器的智能控制 單片機(jī)與家用電器之間的接口電路2.1.1控制系統(tǒng)的幾個(gè)概念控制系統(tǒng)的幾個(gè)概念1.控制系統(tǒng)與控制對象 完成控制義務(wù)需求由假設(shè)干分工明確的單元協(xié)同任務(wù)，其中任何部分都不能獨(dú)立完成任務(wù)，這些為完成某項(xiàng)控制義務(wù)而相互聯(lián)絡(luò)在一同的單元構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)，簡稱為系統(tǒng)。 2.輸入量與輸出量 可以進(jìn)入系統(tǒng)對控制對象有影響的作用稱為輸入量。在控制系統(tǒng)中，隨輸入量發(fā)生變化的物理量稱為被控制量或輸出量。在實(shí)踐條件下，一臺設(shè)備或一個(gè)過程，能夠受許多外部作用，但是不能夠思索一切的外部作用，普通只思索對輸出量

2、有艱苦影響的有限數(shù)目的外部作用。在實(shí)踐分析系統(tǒng)時(shí)，只把這些主要的外部作用，作為輸入量。 從對控制對象和輸出的影響來看，輸入量可分為兩種不同的類型。一種類型的輸入量是保證控制對象的運(yùn)轉(zhuǎn)到達(dá)所要求的目的，這一類輸入量稱為控制量或基準(zhǔn)量。另一類輸入量那么相反，它妨礙到達(dá)目的，這類作用稱為擾動(dòng)作用或擾動(dòng)量?？刂茖?shí)踐上就是在控制系統(tǒng)中令輸出量按照輸入量的要求變化。2.1.2控制系統(tǒng)的根本構(gòu)造控制系統(tǒng)的根本構(gòu)造 控制系統(tǒng)按其構(gòu)造可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。還可以將兩者結(jié)合起來，組成復(fù)合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)造與功能是一致的，不同的構(gòu)造對應(yīng)著不同的功能。同樣，要具有某種功能，也必需有相應(yīng)的構(gòu)造。1.開環(huán)控

3、制系統(tǒng)的構(gòu)造和特點(diǎn)假設(shè)控制系統(tǒng)中，輸出量不影響輸入量，這種系統(tǒng)被稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的根本構(gòu)造特點(diǎn)這一類系統(tǒng)把輸出量直接或間接地反響到比較環(huán)節(jié)構(gòu)成閉環(huán)構(gòu)造，參與系統(tǒng)對輸出量的控制，所以稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)是根據(jù)負(fù)反響原理按偏向進(jìn)展控制的，因此，也叫做反響控制系統(tǒng)或偏向控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，經(jīng)過系統(tǒng)的采樣環(huán)節(jié)，提取出與輸出量的變化規(guī)律一樣的采樣信號，由反響通道送入比較環(huán)節(jié)(反響)，在比較環(huán)節(jié)中采樣信號與基準(zhǔn)輸入量進(jìn)展比較(相減)，再利用比較之后得到的偏向信號控制驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，改動(dòng)輸出給控制對象(執(zhí)行機(jī)構(gòu))的能量大小，從而抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對輸出量的影響，維持輸出量的穩(wěn)定。單

4、片機(jī)與家用電器的接口電路 單片機(jī)要接受來自家用電器的各種形狀信號，同時(shí)又將控制信號送出，以驅(qū)動(dòng)有關(guān)部件任務(wù)，因此接口非常重要。本節(jié)重點(diǎn)引見單片機(jī)與家用電器之間的輸入、輸出接口，顯示接口，功率驅(qū)動(dòng)接口和磁控管接口電路的任務(wù)原理。2.5.1輸入信號接口輸入信號接口 1.開關(guān)信號接口 (1) 門或蓋開關(guān)接口 開關(guān)信號主要來自電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、電烤箱等的門開關(guān)或蓋開關(guān)，其接口電路較為簡單如下圖。當(dāng)單片機(jī)PD7566內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外部電阻R可以不接。當(dāng)單片機(jī)檢測到門開關(guān)或蓋開封鎖合時(shí),輸入電平為0，控制家用電器任務(wù)。否那么，輸入電平為1，家用電器停頓任務(wù)。(2)過壓、過流信號接口 在 家 電產(chǎn)

5、品中，有時(shí)需對負(fù)載才干和輸出控制電路的電壓進(jìn)展控制，以免引起家電產(chǎn)品的損壞。過壓信號接口的原理圖如圖，過流信號接口與過壓信號接口的差別是過流信號接口電路用電流互 感 器 T B替代了過壓信號接口的變壓器T。2.模擬信號接口 (1)溫度信號接口 在電熱器具、制冷空調(diào)等家電產(chǎn)品中，普通采用熱敏三極管對溫度進(jìn)展檢測。溫度信號為模擬信號，需求轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才干用單片機(jī)進(jìn)展處置，因此通常要選用含有AD轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)。某些單片機(jī)中，用比較器的輸入端接納檢測到的模擬信號，假設(shè)單片機(jī)中無AD轉(zhuǎn)換和比較器時(shí)，可用定時(shí)計(jì)數(shù)器接納模擬溫度信號，但溫度檢測電路需有模擬頻率轉(zhuǎn)換功能。1) 溫度信號的模擬接口電路溫度信號

6、的模擬接口電路 溫度信號的模擬接口電路如圖溫度信號的模擬接口電路如圖2-30所示，所示，MTSl02為測溫三極管，比較器為測溫三極管，比較器A1為阻抗匹配器，比較器為阻抗匹配器，比較器A2為一反相為一反相放大器，這樣放大器，這樣A2輸出端輸出端UOUT就可接到單片機(jī)的就可接到單片機(jī)的AD輸入端，利用輸入端，利用單片機(jī)內(nèi)部的單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。對于常用的轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。對于常用的單片機(jī)單片機(jī)pPD7566，其接口如左圖所示。對于電冰箱、空調(diào)器的控制，其接口如左圖所示。對于電冰箱、空調(diào)器的控制，可利用熱敏電阻進(jìn)展測溫，熱敏電阻直接銜接在可利用熱敏電阻進(jìn)展

7、測溫，熱敏電阻直接銜接在pPD7566的比較器的比較器Cin0Cin3輸入端輸入端,如右圖所示。如右圖所示。2)溫度信號的頻率接口溫度信號的頻率接口電路如圖2-33所示，在該電路中，R4為限流電阻，可使VT2(MTSl02)集電極電流為0.1mA，以保證VT2(MTSl02)處于較好的測溫形狀，脈沖發(fā)生器由電阻R2、R3、電位器RP1、RP2、電容C1和單結(jié)晶體管VT1組成,脈沖頻率與RC回路和單結(jié)晶體管VT1的峰值電壓有關(guān)，MTSl02對溫度檢測后，將溫度值轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖，再送入單片機(jī)的IO接口或定時(shí)計(jì)數(shù)器。此種接口電路可在電冰箱、空調(diào)器中得到運(yùn)用。 (2) (2)給定信號模擬接口給定

8、信號模擬接口 用電位器用電位器RPRP選定給定值選定給定值, ,直接送入單片機(jī)直接送入單片機(jī)的的A/DA/D輸入端輸入端, ,如左圖所示。如左圖所示。 (3)(3)過流信號模擬接口過流信號模擬接口 此接口與開關(guān)信號輸入接口中的過流信此接口與開關(guān)信號輸入接口中的過流信號接口類似號接口類似, ,如右圖所示如右圖所示, ,圖中圖中OPOP為運(yùn)算放大器。為運(yùn)算放大器。 2.5.2 輸出信號接口輸出信號接口 1.開關(guān)信號輸出接口開關(guān)信號接口可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、繼電器、晶體管或晶閘管等，如下圖。當(dāng)單片機(jī)PD7566的IO線P90輸出高電平常，流經(jīng)發(fā)光二極管VD的電流極小，不能發(fā)光，當(dāng)P90輸出低電平常，

9、流經(jīng)VD的電流達(dá)10mA，故VD發(fā)光。此端口灌入電流可達(dá)15mA，輸出電壓9V，具有較強(qiáng)的負(fù)載才干。2.數(shù)字信號輸出接口數(shù)字信號輸出接口 (1)數(shù)字顯示碼的數(shù)字顯示碼的輸出接口輸出接口 單片機(jī)單片機(jī)IO線直線直接到接到LED顯示器顯示器的陰極，的陰極，LED顯顯示器采用共陽極示器采用共陽極方式，如下圖。方式，如下圖。這是由于單片機(jī)這是由于單片機(jī)的的IO線可允許線可允許10mA的灌入電的灌入電流，而拉出電流流，而拉出電流僅僅5mA。(2)鍵盤掃描碼的輸出接口鍵盤掃描碼的輸出接口在鍵盤掃描碼的輸出接口電路中，在鍵盤掃描碼的輸出接口電路中，Pl00P102 I/O線是掃描碼的輸出端，線是掃描碼的輸出

10、端，P10P13IO線用于接納鍵盤的按鍵信號，如左圖所示。線用于接納鍵盤的按鍵信號，如左圖所示。 (3)DA轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出接口轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出接口 在單片機(jī)在單片機(jī)控制的家用電器中，為進(jìn)展數(shù)字模擬信號控制的家用電器中，為進(jìn)展數(shù)字模擬信號的轉(zhuǎn)換，普通將數(shù)字送到的轉(zhuǎn)換，普通將數(shù)字送到 IO接口，而在端接口，而在端口外加電阻解碼網(wǎng)絡(luò)口外加電阻解碼網(wǎng)絡(luò)(T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò))來產(chǎn)生模擬信來產(chǎn)生模擬信號。在號。在DA轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出接口中，轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出接口中，Pl00用用于輸出數(shù)字的最高位，于輸出數(shù)字的最高位，P103用于輸出數(shù)字的用于輸出數(shù)字的最低位。如右圖所示。最低位。如右圖所示。2.5.3功率驅(qū)動(dòng)接口功率

11、驅(qū)動(dòng)接口 單片機(jī)是微電子器件，輸出的信號功率很小，要驅(qū)動(dòng)大功率的加熱元件(如電飯鍋中的加熱元件等)和電動(dòng)機(jī)(如洗衣機(jī)中的洗滌與脫水電動(dòng)機(jī)，電冰箱與空調(diào)器的緊縮機(jī)電動(dòng)機(jī)等)，就需求兩者相互匹配的中間電路，此種電路就是功率驅(qū)動(dòng)接口。1.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口(1)開關(guān)控制方式在電冰箱與空調(diào)器中，緊縮機(jī)的任務(wù)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，因負(fù)載較大，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易燒壞電動(dòng)機(jī)。因此緊縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的控制采用開關(guān)方式。在緊縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的控制接口電路中，有兩種控制接口電路；直接邏輯電平耦合電路和光電耦合電路，如下圖。(2)調(diào)壓控制方式調(diào)壓控制方式 空調(diào)器中的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、空調(diào)器中的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、落地扇等，可以利用調(diào)落地扇等，可以利用調(diào)

12、壓控制方式調(diào)理電動(dòng)機(jī)壓控制方式調(diào)理電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此方式的接口電轉(zhuǎn)速。此方式的接口電路 如 下 圖 。 圖 中 ， 上路 如 下 圖 。 圖 中 ， 上面面種是典型的電容運(yùn)種是典型的電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路。主轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路。主要由光電耦合器要由光電耦合器OC1、雙向晶閘管雙向晶閘管VS，和電動(dòng)，和電動(dòng)機(jī)機(jī)M1組成。下面一種接組成。下面一種接口同上面一種根本一樣，口同上面一種根本一樣，但電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路不一但電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路不一樣：當(dāng)樣：當(dāng)VS2導(dǎo)通后，流經(jīng)導(dǎo)通后，流經(jīng)電動(dòng)機(jī)主繞組電流較大，電動(dòng)機(jī)主繞組電流較大，在在R7上產(chǎn)生較大的壓降，上產(chǎn)生較大的壓降，使使VS2導(dǎo)通，副繞組得電，導(dǎo)通，副繞組得電，

13、這時(shí)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。電這時(shí)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，主繞動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，主繞組電流趨于穩(wěn)定組電流趨于穩(wěn)定(比啟動(dòng)比啟動(dòng)電流小電流小)，VS2截止，這截止，這時(shí)只需主繞組參與運(yùn)轉(zhuǎn)。時(shí)只需主繞組參與運(yùn)轉(zhuǎn)。2.加熱器件驅(qū)動(dòng)接口加熱器件驅(qū)動(dòng)接口 在加熱器件的驅(qū)動(dòng)接口中，如下圖，有以下三種接口方式： (1)最上面一種接口方式當(dāng)IO輸出低電平“0時(shí)，雙向晶閘管VS1導(dǎo)通，加熱絲通電加熱，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平“1時(shí)，雙向晶閘VS1截止，加熱絲停頓加熱。 (2)中間一種接口方式當(dāng)單片機(jī)輸出高電平常，晶體管VT1導(dǎo)通，觸發(fā)VS2導(dǎo)通，加熱絲加熱，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平常，VT1、VS2均截止，加熱絲停頓加熱。 (

14、3)最下面一種接口方式單片機(jī)輸出高電平常，發(fā)光二極管VD2無電流經(jīng)過，不發(fā)光，光敏三極管VT2截止，雙向晶閘管VS3導(dǎo)通，加熱絲進(jìn)展加熱，單片機(jī)輸出低電平常，VT2導(dǎo)通，VS3截止，加熱絲停頓加熱。加熱器件的驅(qū)動(dòng)接口電路加熱器件的驅(qū)動(dòng)接口電路2.5.4顯示器接口在家電產(chǎn)品在家電產(chǎn)品(如洗衣機(jī)、如洗衣機(jī)、空調(diào)器等空調(diào)器等)中，有時(shí)需中，有時(shí)需顯示有關(guān)形狀，如溫度、顯示有關(guān)形狀，如溫度、時(shí)間等。如今廣泛運(yùn)用時(shí)間等。如今廣泛運(yùn)用的是發(fā)光二極管顯示器的是發(fā)光二極管顯示器(發(fā)光二極管七段顯示發(fā)光二極管七段顯示器器)。 發(fā)光二極管顯示器有發(fā)光二極管顯示器有共陰極和共陽極兩種構(gòu)共陰極和共陽極兩種構(gòu)造，如圖造，如圖2-43所示。在所示。在不同的場所可以選擇相不同的場所可以選擇相應(yīng)的構(gòu)造，以組成較好應(yīng)的構(gòu)造，以組成較好的邏輯系統(tǒng)。當(dāng)顯示字的邏輯系統(tǒng)。當(dāng)顯示字形時(shí)，形時(shí)，ag各段相應(yīng)段各段相應(yīng)段應(yīng)經(jīng)過電流，如顯示應(yīng)經(jīng)過電流，如顯示“0時(shí)，時(shí)，LED的的a、b、d、e、f段均應(yīng)經(jīng)過電流，段均應(yīng)經(jīng)過電流，而而g段不能經(jīng)過電流。段不能經(jīng)過電流。 2.5.5 磁控管接口磁控管接口 磁控管是微波爐的心磁控管是微波爐的心臟，因任務(wù)電壓較高，臟，因任務(wù)電壓較高，單片機(jī)不能夠直接進(jìn)單片機(jī)不能