大创项目

黄捷 马煊 吕君牧 张港

摘 要 大学生创新项目，鼓励学生尽早接触参与实际应用的相关技术活动，增强学生解决实际工程应用的能力。笔者通过指导学生参与触发电路的研究，对于其在专业课程中，如何进行信号检测、信号接入及信号处理等问题进行了研究。

关键词 创新项目 单片机 触发电路

0 引言

随着生活水平的提高，人们日常生活中的电路控制，会用到晶闸管此类半控型器件，对于电路的控制，本课题通过用单片机控制的触发电路研究，解决现有常用触发控制电路的缺点，让用户任意掌控不同的角度调节，达到适应不同环境的效果。通过本项目的实施，了解相关领域的最新发展；通过训练，做好基础技术储备，优化科研素质与能力，丰富实践经验，增强团队成员间的沟通能力。为今后的进一步深造发展打下坚实的基础。

1 电路研究

1.1 触发电路

电路总体方案。触发电路模块设计的整体框图如图1、图2所示。

电路整体分为系统触发电路发生装置、触发调制单元电路、晶闸管导通角的控制电路、交流供电负载电路组成，模块电路电源仍采用交流供电、电容降压、二极管半波整流（图3）。

1.2 拟解决的关键问题

与传统的电位器调节控制晶闸管触发电路触发信号相比，定电容变电阻的调节方式比较常见，同时成本较低，在调节次数较多的情况下，电位器的调节精度会随着时间的推移而发生很大变化，因此对于本项目来说，就是要通过单片机构成的系统，提高相位角调节的精度，电子调节方式相对于机械方式有很好的优点。

首先对于电力电子器件相位的信号控制搭建一个电路，单节晶体管触发电路，采集其输出相位控制信号，再通過单片机构成的电路对其进行后续控制，以达到较高精度的相位输出信号的调制，最终其信号经过隔离电路后，接入交流供电负载电路，可以完成如单相可控整流电路、单相桥式半控整流电路、单相交流调压电路等电路的实验。

1.3 单片机部分电路组成和技术路线

首先，选择合适的IC及元件，组成触发电路发生装置。

触发电路的重要组成部分，单节晶体管采用型号为BT-33，其余的元件均为常见部件，如稳压管、电阻、三极管等。触发电路有输出信号后，信号输出经同步处理，再经过光电耦合及驱动电路处理后，输出的信号就可以接入电路输入端作为晶闸管的控制信号。在本次项目中，为保证触发电路的信号稳定，故采用模块化触发电路的输出，作为单片机系统的输入信号。

单片机构成的系统可采用市面常见的8031、8051等型号，价格优势明显，也可采用通用的单片机开发板进行二次电路开发与实践。输入信号有了，考虑的问题包括信号输入后接入哪里；信号后续控制要实现什么；最终的信号可以完成什么电路的控制等。系统在31或51系列单片机最小系统中，通过定时/计数器及晶振单元组成的电路，再加上定时/计数器的可编程RAM输入输出扩展模块就组成了单片机系统电路。工频电信号的频率为50HZ，也就是周期为20毫秒，控制的相位角%Z可以通过电角度与延时时间控制大小，定时的时间约为55.6微秒与控制的角度乘积，这样，就可以利用定时/计数器单元实现对角度的定时，用硬件定时的方法可缩短处理器在线工作时间。单片机具有两个定时计数器，31系列单片机的机器周期由十二个振荡周期完成，定时状态时计数频率为振荡频率的十二分之一，计数状态时，计数频率为振荡频率的二十四分之一，当晶振的频率从3M赫兹-10M赫兹变化过程中，在4M赫兹的情况下，分辨率%o约为0.0045度，由于16位定时/计数器最大定时时间为65536，定时对应的角度约为分辨率乘以最大定时时间，结果约为300度，由此可见，分辨率和系统的移相范围能够满足项目的要求。

项目中的同步电路电源是从同步变压器的副绕组引出，经过RC移相电路调制后，使其过零点与正弦信号的两个自然换相点一致，再经电压比较器输出单相方波同步信号，调制的周期为 20ms工频周期，此信号可以为角定时和触发角度提供方便，也可以作为同步控制信号使用。要得到所需角度的电信号，只要处理好同步电信号的延时中断时间，就可以实现电路的要求，31系列的5个中断源中，此项目的电路要求外部中断，因此，对于只要采集其信号，就可以通过相位中断及P0位的情况确定中断源。

后续电路信号的处理就方便的多，整形滤波电路要考虑，特别在设计的电路中，要适时的运用电感，电感器的作用是用来吸收电路产生的谐波，防止其通过电源线干扰其他用电器，提高电路的可靠性。

2 过程管理

随着科技进步与发展，大学生创新创业的项目也越来越多。如何就所学的专业理论知识，结合实际应用对其进行创新，是对步入社会的大学生提出了较高的要求。

传统教学模式已不能适应电力电子技术实践发展的需要，在校生通过学校组织的大学生实践创新训练计划，可以结合自身兴趣，对某一方面的内容进行锻炼，同时可以进一步提高其自身其他方面的实践技能，强化工程应用与实践创新能力。

项目的完成过程中，全程指导老师不定期指导并监督，项目小组由三人组成，管理模式主持人负责整体进度，一人负责触发电路的搭建及调试，一人负责单片机部分电路及外围电路搭建，小组成员合理分工和相互监督，各自部分完成后，最终完成整体电路的调试。在平时的测试及实验过程中，对训练的各环节都有严格的目标测试，如电路的完成情况、电路的测试结果、相位角的测试参数等等；组员对训练的每个环节相互帮助，相互监督，实时对测试的内容进行记录，对课题的研究进展进行分析，以提高训练项目的质量和效果。

3 结束语

通过本项目的实施，了解相关领域的发展历程，并对最新发展情况进行研究；通过项目的训练，做好基础的技术储备，优化科研素质，丰富个人实践经验，提高解决实际问题的能力，增强团队成员间的表达与沟通能力，为今后的进一步深造发展打下坚实的基础。

参考文献

[1] 张明德.基于单片机的晶闸管触发电路研究[J].电子世界，2013（18）：22-23.

[2] 王岫光，王晓军，李晨忱.在单片机控制系统中实现晶闸管的过零控制[J].仪表技术与传感器，2001（6）：25-27.

[3] 王娜君，王杰，李旦，等.基于工程能力培养的实验教学改革探索[J].教育探索，2011（10）：49-50.

[4] 陈海霞，王锁萍，熊田忠.面向企业需求的电气控制类课程设计创新教学模式[J].实验室研究与探索，2014.33（2）：190-193.