第2章家用电器的控制系统 本章要点 控制系统的念与控制的基本原理 家用电器的程序控制 单片机与家用电器的智能控制 单片机与家用电器之间的接口电路
第2章 家用电器的控制系统 • 本章要点 • 控制系统的概念与控制的基本原理 • 家用电器的程序控制 • 单片机与家用电器的智能控制 • 单片机与家用电器之间的接口电路
21.1控制系统的几个概念 1.控制系统与控制对象 完成控制任务需要由若干分工明确的单元协同工作,其中任 何部分都不能独立完成工作,这些为完成某项控制任务而相互联 系在一起的单元构成一个控制系统,简称为系统。 2输入量与输出量 能够进入系统对控制对象有影响的作用称为输入量。在控制 系统中,随输入量发生变化的物理量称为被控制量或输出量。 在实际条件下,一台设备或一个过程,可能受许多外部作用,但 是不可能考虑所有的外部作用,一般只考虑对输出量有重大影响 的有限数目的外部作用。在实际分析系统时,只把这些主要的外 部作用,作为输入量。 从对控制对象和输出的影响来看,输入量可分为两种不同的类 型。一种类型的输入量是保证控制对象的运行达到所要求的目标, 这一类输入量称为控制量或基准量。另一类输入量则相反,它妨 碍达到目标,这类作用称为扰动作用或扰动量。控制实际上就是 在控制系统中令输出量按照输入量的要求变化
2.1.1控制系统的几个概念 • 1.控制系统与控制对象 • 完成控制任务需要由若干分工明确的单元协同工作，其中任 何部分都不能独立完成工作，这些为完成某项控制任务而相互联 系在一起的单元构成一个控制系统，简称为系统。 • 2.输入量与输出量 • 能够进入系统对控制对象有影响的作用称为输入量。在控制 系统中，随输入量发生变化的物理量称为被控制量或输出量。 • 在实际条件下，一台设备或一个过程，可能受许多外部作用，但 是不可能考虑所有的外部作用，一般只考虑对输出量有重大影响 的有限数目的外部作用。在实际分析系统时，只把这些主要的外 部作用，作为输入量。 • 从对控制对象和输出的影响来看，输入量可分为两种不同的类 型。一种类型的输入量是保证控制对象的运行达到所要求的目标， 这一类输入量称为控制量或基准量。另一类输入量则相反，它妨 碍达到目标，这类作用称为扰动作用或扰动量。控制实际上就是 在控制系统中令输出量按照输入量的要求变化
2.1.2控制系统的基本结构 控制系统按其结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。还 可以将两者结合起来,组成复合控制系统。系统的结构与功能是 统一的,不同的结构对应着不同的功能。同样,要具有某种功能, 也必须有相应的结构。 1开环控制系统的结构和特点 如果控制系统中,输出量不影响输入量,这种系统被称为开 环控制系统。 2闭环控制系统的基本结构特点 这一类系统把输出量直接或间接地反馈到比较环节形成闭环 结构,参与系统对输出量的控制,所以称为闭环控制系统。由于 系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的,因此,也叫做反馈控 制系统或偏差控制系统。在闭环控制系统中,通过系统的采样环 节,提取出与输出量的变化规律相同的采样信号,由反馈通道送 入比较环节(反馈),在比较环节中采样信号与基准输入量进行比 较(相减),再利用比较之后得到的偏差信号控制驱动环节,改变 输出给控制对象(执行机构的能量大小,从而抑制内部或外部扰 动对输出量的影响,维持输出量的稳定
2.1.2控制系统的基本结构 • 控制系统按其结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。还 可以将两者结合起来，组成复合控制系统。系统的结构与功能是 统一的，不同的结构对应着不同的功能。同样，要具有某种功能， 也必须有相应的结构。 • 1.开环控制系统的结构和特点 • 如果控制系统中，输出量不影响输入量，这种系统被称为开 环控制系统。 • 2.闭环控制系统的基本结构特点 • 这一类系统把输出量直接或间接地反馈到比较环节形成闭环 结构，参与系统对输出量的控制，所以称为闭环控制系统。由于 系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，因此，也叫做反馈控 制系统或偏差控制系统。在闭环控制系统中，通过系统的采样环 节，提取出与输出量的变化规律相同的采样信号，由反馈通道送 入比较环节(反馈)，在比较环节中采样信号与基准输入量进行比 较(相减)，再利用比较之后得到的偏差信号控制驱动环节，改变 输出给控制对象(执行机构)的能量大小，从而抑制内部或外部扰 动对输出量的影响，维持输出量的稳定
单片机与家用电器的接口电路 单片机要接受来自家用电器的各种状 态信号,同时又将控制信号送出,以驱动 有关部件工作,因此接口非常重要。本节 重点介绍单片机与家用电器之间的输入、 输出接口,显示接口,功率驱动接口和磁 控管接口电路的工作原理
单片机与家用电器的接口电路 • 单片机要接受来自家用电器的各种状 态信号，同时又将控制信号送出，以驱动 有关部件工作，因此接口非常重要。本节 重点介绍单片机与家用电器之间的输入、 输出接口，显示接口，功率驱动接口和磁 控管接口电路的工作原理
25.1输入信号接口 1开关信号接口 (1)门或盖开关接口 开关信号主要来自电冰 +5Ⅴ 箱、洗衣机、微波炉、电烤 箱等的门开关或盖开关,其 接口电路较为简单(如图所pPD7566 示)。当单片机pPD7566内 部有上拉电阻时,外部电阻R 可以不接。当单片机检测到 P110 SA 开关或盖开关闭合时,输入 电平为0,控制家用电器工作。 否则,输入电平为1,家用电 器停止工作
2.5.1输入信号接口 • 1.开关信号接口 • (1) 门或盖开关接口 • 开关信号主要来自电冰 箱、洗衣机、微波炉、电烤 箱等的门开关或盖开关，其 接口电路较为简单（如图所 示）。当单片机μPD7566内 部有上拉电阻时，外部电阻R 可以不接。当单片机检测到 门开关或盖开关闭合时,输入 电平为0，控制家用电器工作。 否则，输入电平为1，家用电 器停止工作
(2)过压、过流信号接口 在家电产品 中,有时需对负 载能力和输出控 制电路的电压进 VD o +5V 行控制,以免引 R 起家电产品的损 PD7566 坏。过压信号接20 C 口的原理图如图, R 过流信号接口与 过压信号接口的 差别是过流信号 接口电路用电流 互感器T代替了 过压信号接口的 变压器T
(2)过压、过流信号接口 • 在家电产品 中，有时需对负 载能力和输出控 制电路的电压进 行控制，以免引 起家电产品的损 坏。过压信号接 口的原理图如图， 过流信号接口与 过压信号接口的 差别是过流信号 接口电路用电流 互感器TB代替了 过压信号接口的 变压器T
2模拟信号接口 (1)温度信号接口 在电热器具、制冷空调等家电产品中,一般采用 热敏三极管对温度进行检测。温度信号为模拟信号, 需要转换为数字信号才能用单片机进行处理,因此通 常要选用含有A/D转换器的单片机。某些单片机中, 用比较器的输入端接收检测到的模拟信号,若单片机 中无A/D转换和比较器时,可用定时计数器接收模拟 温度信号,但温度检测电路需有模拟/频率转换功能
2.模拟信号接口 • (1)温度信号接口 • 在电热器具、制冷空调等家电产品中，一般采用 热敏三极管对温度进行检测。温度信号为模拟信号， 需要转换为数字信号才能用单片机进行处理，因此通 常要选用含有A／D转换器的单片机。某些单片机中， 用比较器的输入端接收检测到的模拟信号，若单片机 中无A／D转换和比较器时，可用定时计数器接收模拟 温度信号，但温度检测电路需有模拟／频率转换功能
1)温度信号的模拟接口电路温度信号的模拟接口电路如图230所示, MTS02为测温三极管,比较器A1为阻抗匹配器,比较器A2为一反相 放大器,这样A输出端Uou就可接到单片机的A/D输入端,利用单 片机内部的A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。对于常用的单 片机pPD7566,其接口如左图所示。对于电冰箱、空调器的控制,可 利用热敏电阻进行测温,热敏电阻直接连接在pPD75660的比较器 Ci~Cn3输入端如右图所示。 温度检测 to RI 放大电路 Cino P1o Cino P1o P1 R434R 「 Uout P 3/4R P P1 R PI P 100
1) 温度信号的模拟接口电路 温度信号的模拟接口电路如图2-30所示， MTSl02为测温三极管，比较器A1为阻抗匹配器，比较器A2为一反相 放大器，这样A2输出端UOUT就可接到单片机的A／D输入端，利用单 片机内部的A／D转换器将模拟信号转换为数字信号。对于常用的单 片机pPD7566，其接口如左图所示。对于电冰箱、空调器的控制，可 利用热敏电阻进行测温，热敏电阻直接连接在pPD7566的比较器 Cin0～Cin3输入端,如右图所示
2)温度信号的频率接口 温度信号的频率接口电路如图2-33所示,在该电路中,R为 限流电阻,可使VT2(MTS02)集电极电流为01mA,以保证 VT2MIS02)处于较好的测温状态,脉冲发生器由电阻R2、R3、 电位器RP1、RP2、电容C和单结晶体管VT1组成脉冲频率与RC 回路和单结晶体管ⅴT的峰值电压有关,MIS0对温度检测后, 将温度值转换成一定频率的脉冲,再送入单片机的I/O接口或定 时计数器。此种接口电路可在电冰箱、空调器中得到应用。 +9V 470Q IkQ E VT RP 0.047F uPD7566 RP Oko 620 R 62kg R 1. 2MQ 62V VT MrS102 100
• 2) 温度信号的频率接口 • 温度信号的频率接口电路如图2-33所示，在该电路中，R4为 限流电阻，可使VT2 (MTSl02)集电极电流为0.1mA，以保证 VT2 (MTSl02)处于较好的测温状态，脉冲发生器由电阻R2、R3、 电位器RP1、RP2、电容C1和单结晶体管VT1组成,脉冲频率与RC 回路和单结晶体管VT1的峰值电压有关，MTSl02对温度检测后， 将温度值转换成一定频率的脉冲，再送入单片机的I／O接口或定 时计数器。此种接口电路可在电冰箱、空调器中得到应用
(2)给定信号模拟接口用电位器RP选定给定值,直接送入单片 机的A/D输入端,如左图所示。 (3)过流信号模拟接口此接口与开关信号输入接口中的过流信 号接口相似,如右图所示,图中OP为运算放大器。 R1 R u PD7566 u PD7566 RP
(2)给定信号模拟接口 用电位器RP选定给定值,直接送入单片 机的A/D输入端,如左图所示。 (3)过流信号模拟接口 此接口与开关信号输入接口中的过流信 号接口相似,如右图所示,图中OP为运算放大器