單相交流電機(jī)通常用于諸如風(fēng)扇之類的家用物品中，當(dāng)使用多個(gè)離散繞組來(lái)設(shè)定速度時(shí)，它們的速度可以很容易地控制。在本文中，我們構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字控制器，允許用戶控制電機(jī)速度和運(yùn)行時(shí)間等功能。本文還包括一個(gè)支持 NEC 協(xié)議的紅外接收器電路，其中電機(jī)可以通過按鈕或紅外發(fā)射器接收的信號(hào)進(jìn)行控制。

為此，GreenPAK? SLG46620 IC 用作負(fù)責(zé)這些不同功能的基本控制器：用于激活一種速度（三種速度中的一種）的多路復(fù)用電路、3 周期倒數(shù)計(jì)時(shí)器和接收信號(hào)的紅外解碼器外部紅外信號(hào)，提取并執(zhí)行所需命令。

如果我們看一下電路的功能，我們會(huì)注意到同時(shí)使用了幾個(gè)離散的功能：多路復(fù)用、定時(shí)和 IR 解碼。由于在單個(gè) IC 中缺乏可用的獨(dú)特解決方案，制造商經(jīng)常使用許多 IC 來(lái)構(gòu)建電子電路。GreenPAK IC 的使用使制造商能夠使用單個(gè)芯片來(lái)包含許多所需的功能，從而降低系統(tǒng)成本和制造監(jiān)督。

該系統(tǒng)及其所有功能都經(jīng)過測(cè)試，以確保正常運(yùn)行。最終電路可能需要針對(duì)所選電機(jī)進(jìn)行特殊修改或附加元件。

為了檢查系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，在 GreenPAK 設(shè)計(jì)器仿真器的幫助下生成了輸入測(cè)試用例。仿真驗(yàn)證輸出的不同測(cè)試用例，并確認(rèn) IR 解碼器的功能。最終設(shè)計(jì)還用實(shí)際電機(jī)進(jìn)行了測(cè)試以確認(rèn)。

三速交流風(fēng)扇電機(jī)

三速交流電機(jī)是由交流電驅(qū)動(dòng)的單相電機(jī)。它們通常用于各種家用機(jī)器，例如各種類型的風(fēng)扇（壁扇、臺(tái)扇、箱扇）。與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)的速度控制相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)楸仨毟淖冚斔?a href="http://m.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流的頻率才能改變電機(jī)速度。風(fēng)扇和制冷機(jī)等電器通常不需要細(xì)粒度的速度，但需要低、中、高速等離散步驟。對(duì)于這些應(yīng)用，交流風(fēng)扇電機(jī)有幾個(gè)內(nèi)置線圈，設(shè)計(jì)用于多種速度，通過為所需速度的線圈通電來(lái)實(shí)現(xiàn)從一種速度到另一種速度的變化。

我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中使用的電機(jī)是一個(gè) 3 速交流電機(jī)，它有 5 根線：3 根線用于速度控制，2 根線用于電源和一個(gè)啟動(dòng)電容器，如下圖 2 所示。一些制造商使用標(biāo)準(zhǔn)顏色編碼的電線進(jìn)行功能識(shí)別。電機(jī)的數(shù)據(jù)表將顯示特定電機(jī)的電線識(shí)別信息。

項(xiàng)目分析

在本文中，GreenPAK IC 配置為執(zhí)行從紅外發(fā)射器或外部按鈕等來(lái)源接收的給定命令，以指示以下三個(gè)命令之一：

On/Off：系統(tǒng)在每次解釋此命令時(shí)打開或關(guān)閉。On/Off 的狀態(tài)將隨著 On/Off 命令的每個(gè)上升沿而反轉(zhuǎn)。

定時(shí)器：定時(shí)器運(yùn)行 30、60 和 120 分鐘。在第四個(gè)脈沖時(shí)，定時(shí)器關(guān)閉，定時(shí)器周期恢復(fù)到原來(lái)的定時(shí)狀態(tài)。

速度：控制電機(jī)的速度，從電機(jī)的速度選擇線 （1，2，3） 連續(xù)迭代激活的輸出。

紅外解碼器

IR 解碼器電路用于接收來(lái)自外部 IR 發(fā)射器的信號(hào)并激活所需的命令。我們采用 NEC 協(xié)議是因?yàn)樗谥圃焐讨泻苁軞g迎。NEC協(xié)議使用“脈沖距離”對(duì)每一位進(jìn)行編碼；使用 38 kHz 頻率載波的信號(hào)傳輸每個(gè)脈沖需要 562.5 us。邏輯 1 信號(hào)的傳輸需要 2.25 ms，而邏輯 0 信號(hào)的傳輸需要 1.125 ms。圖 3 說明了根據(jù) NEC 協(xié)議的脈沖串傳輸。它由 9 ms AGC 突發(fā)，然后是 4.5 ms 空間，然后是 8 位地址，最后是 8 位命令組成。注意地址和命令傳輸兩次；第二次是 1 的補(bǔ)碼（所有位反轉(zhuǎn)）作為奇偶校驗(yàn)，以確保接收到的消息是正確的。

GreenPAK 設(shè)計(jì)

IC 設(shè)計(jì)是在免費(fèi)的基于 GUI 的GreenPAK Designer 軟件中構(gòu)建的。完整的設(shè)計(jì)文件可以在這里找到。

接收到的消息的相關(guān)位在幾個(gè)階段被提取。首先，使用 CNT2 和 2 位 LUT1 從 9ms AGC 突發(fā)指定消息的開頭。如果檢測(cè)到這一點(diǎn)，則通過 CNT6 和 2L2 指定 4.5ms 空間。如果報(bào)頭正確，則 DFF0 輸出設(shè)置為高電平以允許接收地址。塊 CNT9、3L0、3L3 和 P DLY0 用于從接收到的消息中提取時(shí)鐘脈沖。該位值取自 IR_CLK 信號(hào)的上升沿，距 IR_IN 上升沿 0.845ms。

然后使用 2LUT0 將解釋的地址與存儲(chǔ)在 PGEN 中的地址進(jìn)行比較。2LUT0 為異或門，PGEN 存儲(chǔ)取反后的地址。PGEN 的每一位依次與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，每次比較的結(jié)果與 IR-CLK 的上升沿一起存儲(chǔ)在 DFF2 中。

如果在地址中檢測(cè)到任何錯(cuò)誤，則 3 位 LUT5 SR 鎖存器輸出變?yōu)楦唠娖?，以防止比較消息的其余部分（命令）。如果接收到的地址與 PGEN 中存儲(chǔ)的地址匹配，則消息的后半部分（命令和反轉(zhuǎn)命令）被定向到 SPI，以便可以讀取和執(zhí)行所需的命令。CNT5 和 DFF5 用于指定地址的結(jié)束和命令的開始，其中 CNT5 的“計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)”等于地址的 18:16 脈沖以及前兩個(gè)脈沖（9ms、4.5ms）。

如果完整地址（包括標(biāo)題）已正確接收并存儲(chǔ)在 IC 中（在 PGEN 中），則 3L3 或門輸出向 SPI 的 nCSB 引腳提供低電平信號(hào)以被激活。SPI 因此開始接收命令。

SLG46620 IC 有 4 個(gè) 8 位長(zhǎng)度的內(nèi)部寄存器，因此可以存儲(chǔ)四個(gè)不同的命令。DCMP1 用于將接收到的命令與內(nèi)部寄存器進(jìn)行比較，并設(shè)計(jì)了一個(gè) 2 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其 A1A0 輸出連接到 DCMP1 的 MTRX SEL#0 和#1，以將接收到的命令依次連續(xù)地與所有寄存器進(jìn)行比較。

使用 DFF6、DFF7、DFF8 和 2L5、2L6、2L7 構(gòu)建了帶鎖存器的解碼器。該設(shè)計(jì)操作如下；如果A1A0=00，則將 SPI 輸出與寄存器 3 進(jìn)行比較。如果兩個(gè)值相等，則 DCMP1 在其 EQ 輸出端給出高電平信號(hào)。由于A1A0=00，這將激活 2L5，因此 DFF6 會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，表示已接收到信號(hào) On/Off。同樣，對(duì)于其余的控制信號(hào)，CNT7 和 CNT8 配置為“雙沿延遲”以產(chǎn)生時(shí)間延遲，并允許 DCMP1 在輸出值被 DFF 保持之前改變其輸出狀態(tài)。

On/Off 命令的值存儲(chǔ)在寄存器 3 中，定時(shí)器命令存儲(chǔ)在寄存器 2 中，速度命令存儲(chǔ)在寄存器 1 中。

速度多路復(fù)用器

為了切換速度，構(gòu)建了一個(gè) 2 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸入脈沖由連接到 Pin4 的外部按鈕或來(lái)自命令比較器通過 P10 的 IR 速度信號(hào)接收。在初始狀態(tài)Q1Q0 =11時(shí)，通過從 3 位 LUT6 對(duì)計(jì)數(shù)器的輸入施加脈沖，Q1Q0 依次變?yōu)?10、01，然后變?yōu)?00 狀態(tài)?？紤]到所選電機(jī)中只有三種速度可用，使用 3 位 LUT7 跳過 00 狀態(tài)。On/Off 信號(hào)必須為高電平才能激活控制過程。因此，如果 On/Off 信號(hào)為低電平，則禁用激活的輸出并關(guān)閉電機(jī)，如圖 6 所示。

定時(shí)器

實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 3 周期定時(shí)器（30 分鐘、60 分鐘、120 分鐘）。為了創(chuàng)建控制結(jié)構(gòu)，一個(gè) 2 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器從連接到 Pin13 的外部定時(shí)器按鈕和 IR 定時(shí)器信號(hào)接收脈沖。計(jì)數(shù)器使用 Pipe Delay1，其中 Out0 PD num 等于 1，Out1 PD num 等于 2，方法是為 Out1 選擇反極性。在初始狀態(tài) Out1， Out0 = 10中，定時(shí)器被禁用。之后，通過對(duì) Pipe Delay1 的輸入 CK 施加一個(gè)脈沖，輸出狀態(tài)依次變?yōu)?11、01、00，將 CNT/DLY 反轉(zhuǎn)為每個(gè)激活狀態(tài)。CNT0、CNT3、CNT4 被配置為作為“上升沿延遲”運(yùn)行，其輸入源自 CNT1 的輸出，該輸出被配置為每 10 秒發(fā)出一個(gè)脈沖。

延遲 30 分鐘：

30 x 60 = 1800 秒÷ 10 秒間隔 = 180 位

因此，CNT4 的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)為 180，CNT3 為 360，CNT0 為 720。一旦時(shí)間延遲結(jié)束，一個(gè)高電平脈沖通過 3L14 傳輸?shù)?3L11，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉。如果通過連接到 Pin12 的外部按鈕或通過 IR_ON/OFF 信號(hào)關(guān)閉系統(tǒng)，則定時(shí)器將復(fù)位。

*如果您想使用電子開關(guān)，您可以使用雙向可控硅或固態(tài)繼電器代替機(jī)電繼電器。

* 硬件去抖動(dòng)器（電容器、電阻器）用于按鈕。

結(jié)果

作為設(shè)計(jì)評(píng)估的第一步，使用了 GreenPAK 軟件模擬器。在輸入上創(chuàng)建虛擬按鈕，并監(jiān)控與開發(fā)板上的輸出相對(duì)的外部 LED。Signal Wizard 工具用于生成類似于 NEC 格式的信號(hào)，以方便調(diào)試。

產(chǎn)生了一個(gè)模式為 0x00FF5FA0 的信號(hào)，其中 0x00FF 是對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)在 PGEN 中的反轉(zhuǎn)地址的地址，而 0x5FA0 是對(duì)應(yīng)于 DCMP 寄存器 3 中的反轉(zhuǎn)命令的命令，用于控制開/關(guān)功能。系統(tǒng)在初始狀態(tài)下處于OFF狀態(tài)，但在施加信號(hào)后，我們注意到系統(tǒng)開啟。如果地址中的單個(gè)位已更改并且重新應(yīng)用信號(hào)，我們注意到?jīng)]有任何反應(yīng)（地址不兼容）。

啟動(dòng) Signal Wizard 一次后（使用有效的 On/Off 命令）：

結(jié)論

本文重點(diǎn)介紹用于控制 3 速交流電機(jī)的 GreenPAK IC 的配置。它包含多種功能，例如循環(huán)速度、生成 3 周期定時(shí)器以及構(gòu)建與 NEC 協(xié)議兼容的 IR 解碼器。GreenPAK 在集成多種功能方面已經(jīng)證明了其有效性，所有這些都在低成本和小面積 IC 解決方案中。