stm32的可控硅调压系统设计【字数：13497】
摘 要针对于传统调压系统的成本较高，可调性较差等缺点，给出一种通过单片机触发可控硅进行调压应用的低成本设计方法。本课题以STM32为核心控制器，由过零检测电路模块，可控硅通断模块，电源模块组成。当STM32检测交流电压过零点时，STM32开启中断和定时器，等待延时时间结束后，触发导通可控硅，通过设置不同的延时时间，实现调节电压的大小。系统采用切换模式按键进行模式选择，包括电位器调节、按键调节以及串口通信模块三种调节方式，调节0~220V交流电压。其中串口调试界面使用C#编写上位机，实现人机界面友好。在调压系统的软件设计方面，做到系统模块化，易于修改。实验结果表明，鉴于STM32的处理速度快，转换精度高相比于52单片机等传统触发方式提高了调压系统的稳定性，准确性，具有很高的实用价值。
目 录
1 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2 系统的总体设计 4
2.1需求分析 4
2.2系统的结构及系统框图 4
2.3方案选择 5
2.3.1 主控芯片的选择 5
2.3.2 可控硅触发电路方案 5
2.4系统的工作流程 6
3 调压系统的硬件设计 7
3.1 STM32芯片介绍 7
3.2 AMS11173.3V稳压电路介绍 7
3.3电压过零点检测电路设计 8
3.4电位器电路设计 10
3.5可控硅触发电路设计 10
3.6可控硅调压原理 11
4 系统的软件设计 13
4.1系统软件总体结构设计 13
4.2触发控制程序设计 14
4.3加减按键调压程序设计 15
4.4 USART调压程序设计 16
4.5上位机界面设计 18
4.6电位器调压程序设计 19
5 系统运行结果展示 21
5.1系统运行 21
6 总结与展望 24
6.1总结 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.2展望 24
参考文献 26
附录一 27
附录二 28
致谢 65
1 绪论
1.1课题的背景和意义
伴随着电力电子的技术和现代科学技术的越来越成熟，作为体积小、质量轻、使用寿命长、效率高的可控硅在调压及调功的方面应用越来越广范从而渐渐取代了成本较高、可调性较差且调节的精度不高的传统变压器。智能式触发可控硅可以弥补传统电路调压的不足，由于可控硅输出的电压是连续可调，因此常常被用于家庭生活与工业生产中，主要应用于如调光台灯和舞台灯光控制等灯光控制、异步电动机软起动与调速等多个场所。
从控制的角度来说，通过小电流和小功率来控制更高的电压和更高的功率，体现了弱电控制强电的思想。由于STM32的内部集成ADC，DMA等模块，相比于52单片机等触发方式具有转换精度高，简化硬件部分触发电路的优点。可控硅的通断进行调节电压，提高了调压的稳定性，准确性，具有很高的实用价值。可控硅调压的劣势在于可控硅作为非线性原件，在使用的过程中容易造成谐波污染，但是使用STM32触发可控硅的方式进行调压在能够较好的减少谐波污染。
从稳定性的角度来说，这种STM32触发可控硅进行调节电压的方式具有体积小、功耗低、稳定性较好等优势。结合上述方面，考虑到成本与扩展性方面的需求，用这个方法调节电压具有研究的必要。
1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果
随着家用电器和工业生产对电压的要求也越来越高，调压系统的方向开始向智能化和数字化方向发展，可控硅触发电路也在不断成长，从一开始的简单的阻容移相触发电路、单结晶体管触发电路以及后来的专用集成电路触发电路，现在已经发展到基于单片机智能触发电路[1]。以STM32F103作为控制电路的核心控制器，通过PC817检测交流电压是否过零点，MOC3023光耦控制可控硅（晶闸管）的通断，实现了交流电压大小的调节。
如今，拥有相控和斩波控制两种方式控制可控硅，其特征分别为使用了RC滤波来降低输出电压产生高次谐波以及负载决定功率因数的大小。
触发电路的设计是当前使用可控硅来调节电压的关键，因此目前的触发电路的设计是研究的关键所在。目前，常见的触发可控硅的方式以及其各自的优缺点如表1.1所示。
表1.1 各可控硅的触发方式优缺点
方法
优点
缺点
强电触发
不需外接其它触发电源，电路较为单一
大多数元器件能够工作在高电压下，可靠性较差
变压器隔离触发
隔离触发，避免强电干扰弱电
性价比差，变压器占地面积较大，主要器件工作在100V左右的电压，主用于工业
隔离电流直流触发
强弱隔离，避免避免强电干扰弱电
需要的触发电流较大，功耗较大
主要器件工作在小电压下
过零触发
减少产生高次谐波，对电网无污染较小
当通断比太小时导致产生低频干扰
随着家用电器和工业生产对交流电电压调节精度的提高，传统变压器已经渐渐的不能满足现代调压的需求，调控电压已经向智能化与数字化的方向成长所以在数字信息时代的大背景下，在市场上使用STM32调节控制电压系统展现了较好的前程和发展契机。
本课题采用ARM系列的微处理器STM32作为可控硅调压设计的核心，通过对可控硅的通断从而调控交流电压的增减。采用电压过零点后触发可控硅的方式，这种方式能够很好的避免高次谐波对电网的污染，在调压的可靠性和工作效率都进步的同时又降低使用与维护的成本。
1.3本文的主要工作和内容安排
本课题以STM32为核心控制器，结合过零检测模块，可控硅通断模块。其中BTA08可控硅与MOC3023光耦隔离组成的可控硅调压电路模块；PC817光耦，分压电阻和S8050三极管组成的过零检测模块。
当交流电压过零点时，光耦导通使STM32引脚检测到过零信号，于是STM32开启中断和定时器，等待延时时间结束后，触发导通可控硅，通过设置不同的延时时间，实现调节电压的大小。系统采用切换模式按键进行三种模式的选择，调节0到220V交流电压的增减。
1）按键调节：利用按下加减按键来实现加减电压，控制可控硅延时导通时间，扫描确认按键被按下，系统电压会相应的增加或减少。
目 录
1 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2 系统的总体设计 4
2.1需求分析 4
2.2系统的结构及系统框图 4
2.3方案选择 5
2.3.1 主控芯片的选择 5
2.3.2 可控硅触发电路方案 5
2.4系统的工作流程 6
3 调压系统的硬件设计 7
3.1 STM32芯片介绍 7
3.2 AMS11173.3V稳压电路介绍 7
3.3电压过零点检测电路设计 8
3.4电位器电路设计 10
3.5可控硅触发电路设计 10
3.6可控硅调压原理 11
4 系统的软件设计 13
4.1系统软件总体结构设计 13
4.2触发控制程序设计 14
4.3加减按键调压程序设计 15
4.4 USART调压程序设计 16
4.5上位机界面设计 18
4.6电位器调压程序设计 19
5 系统运行结果展示 21
5.1系统运行 21
6 总结与展望 24
6.1总结 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.2展望 24
参考文献 26
附录一 27
附录二 28
致谢 65
1 绪论
1.1课题的背景和意义
伴随着电力电子的技术和现代科学技术的越来越成熟，作为体积小、质量轻、使用寿命长、效率高的可控硅在调压及调功的方面应用越来越广范从而渐渐取代了成本较高、可调性较差且调节的精度不高的传统变压器。智能式触发可控硅可以弥补传统电路调压的不足，由于可控硅输出的电压是连续可调，因此常常被用于家庭生活与工业生产中，主要应用于如调光台灯和舞台灯光控制等灯光控制、异步电动机软起动与调速等多个场所。
从控制的角度来说，通过小电流和小功率来控制更高的电压和更高的功率，体现了弱电控制强电的思想。由于STM32的内部集成ADC，DMA等模块，相比于52单片机等触发方式具有转换精度高，简化硬件部分触发电路的优点。可控硅的通断进行调节电压，提高了调压的稳定性，准确性，具有很高的实用价值。可控硅调压的劣势在于可控硅作为非线性原件，在使用的过程中容易造成谐波污染，但是使用STM32触发可控硅的方式进行调压在能够较好的减少谐波污染。
从稳定性的角度来说，这种STM32触发可控硅进行调节电压的方式具有体积小、功耗低、稳定性较好等优势。结合上述方面，考虑到成本与扩展性方面的需求，用这个方法调节电压具有研究的必要。
1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果
随着家用电器和工业生产对电压的要求也越来越高，调压系统的方向开始向智能化和数字化方向发展，可控硅触发电路也在不断成长，从一开始的简单的阻容移相触发电路、单结晶体管触发电路以及后来的专用集成电路触发电路，现在已经发展到基于单片机智能触发电路[1]。以STM32F103作为控制电路的核心控制器，通过PC817检测交流电压是否过零点，MOC3023光耦控制可控硅（晶闸管）的通断，实现了交流电压大小的调节。
如今，拥有相控和斩波控制两种方式控制可控硅，其特征分别为使用了RC滤波来降低输出电压产生高次谐波以及负载决定功率因数的大小。
触发电路的设计是当前使用可控硅来调节电压的关键，因此目前的触发电路的设计是研究的关键所在。目前，常见的触发可控硅的方式以及其各自的优缺点如表1.1所示。
表1.1 各可控硅的触发方式优缺点
方法
优点
缺点
强电触发
不需外接其它触发电源，电路较为单一
大多数元器件能够工作在高电压下，可靠性较差
变压器隔离触发
隔离触发，避免强电干扰弱电
性价比差，变压器占地面积较大，主要器件工作在100V左右的电压，主用于工业
隔离电流直流触发
强弱隔离，避免避免强电干扰弱电
需要的触发电流较大，功耗较大
主要器件工作在小电压下
过零触发
减少产生高次谐波，对电网无污染较小
当通断比太小时导致产生低频干扰
随着家用电器和工业生产对交流电电压调节精度的提高，传统变压器已经渐渐的不能满足现代调压的需求，调控电压已经向智能化与数字化的方向成长所以在数字信息时代的大背景下，在市场上使用STM32调节控制电压系统展现了较好的前程和发展契机。
本课题采用ARM系列的微处理器STM32作为可控硅调压设计的核心，通过对可控硅的通断从而调控交流电压的增减。采用电压过零点后触发可控硅的方式，这种方式能够很好的避免高次谐波对电网的污染，在调压的可靠性和工作效率都进步的同时又降低使用与维护的成本。
1.3本文的主要工作和内容安排
本课题以STM32为核心控制器，结合过零检测模块，可控硅通断模块。其中BTA08可控硅与MOC3023光耦隔离组成的可控硅调压电路模块；PC817光耦，分压电阻和S8050三极管组成的过零检测模块。
当交流电压过零点时，光耦导通使STM32引脚检测到过零信号，于是STM32开启中断和定时器，等待延时时间结束后，触发导通可控硅，通过设置不同的延时时间，实现调节电压的大小。系统采用切换模式按键进行三种模式的选择，调节0到220V交流电压的增减。
1）按键调节：利用按下加减按键来实现加减电压，控制可控硅延时导通时间，扫描确认按键被按下，系统电压会相应的增加或减少。
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