第2章 家用电器的控制系统

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1、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

2、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

3、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)

4、，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。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

5、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

6、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

7、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，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

8、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。2.5.2输出信号接口1.开关信号输出接口开关信号接