Hoch- / Niederspannungserkennungs- und Schutzschaltung mit pic Mikrocontroller

Bei uns zu Hause treten häufig Spannungsschwankungen in der Stromversorgung auf, die zu Fehlfunktionen in unseren Haushaltsgeräten führen können. Heute bauen wir eine kostengünstige Hoch- und Niederspannungsschutzschaltung, die die Stromversorgung der Geräte bei Hoch- oder Niederspannung unterbricht. Es wird auch eine Warnmeldung auf dem 16x2-LCD angezeigt. In diesem Projekt haben wir den PIC-Mikrocontroller verwendet, um die Eingangsspannung zu lesen, mit der Referenzspannung zu vergleichen und die entsprechenden Maßnahmen zu ergreifen.

Wir haben diese Schaltung auf der Leiterplatte hergestellt und eine zusätzliche Schaltung auf der Leiterplatte für den gleichen Zweck hinzugefügt, diesmal jedoch mit dem Operationsverstärker LM358 (ohne Mikrocontroller). Zu Demonstrationszwecken haben wir die Niederspannungsgrenze als 150 V und die Hochspannungsgrenze als 200 V gewählt. Hier in diesem Projekt haben wir kein Relais zum Abschalten verwendet. Wir haben es nur mithilfe eines LCD demonstriert. Überprüfen Sie das Video am Ende dieses Artikels. Der Benutzer kann jedoch ein Relais an diese Schaltung anschließen und es mit dem GPIO des PIC verbinden.

Weitere Informationen zu unseren anderen Leiterplattenprojekten finden Sie hier.

Erforderliche Komponenten:

1. PIC Mikrocontroller PIC18F2520
2. PCB (bestellt bei EasyEDA)
3. IC LM358
4. 3-poliger Anschlussstecker (optional)
5. 16x2 LCD
6. BC547 Transistor
7. 1k Widerstand
8. 2k2 Widerstand
9. 30K Widerstand SMD
10. 10k SMD
11. Kondensatoren - 0,1uf, 10uF, 1000uF
12. 28-polige IC-Basis
13. Männliche / weibliche Burgsticks
14. 7805 Spannungsregler - 7805, 7812
15. Pickit2 Programmierer
16. LED
17. Zenerdiode - 5,1 V, 7,5 V, 9,2 V.
18. Transformator 12-0-12
19. 12MHz Kristall
20. 33pF Kondensator
21. Spannungsregler (Lüfterdrehzahlregler)

Arbeitserklärung:

In dieser Hoch- und Niederspannungs-Abschaltschaltung haben wir die Wechselspannung mithilfe eines PIC-Mikrocontrollers mit Hilfe eines Transformators, eines Brückengleichrichters und einer Spannungsteilerschaltung gelesen und über ein 16x2-LCD angezeigt. Dann haben wir die Wechselspannung mit den vordefinierten Grenzwerten verglichen und die Warnmeldung entsprechend über dem LCD angezeigt. Wenn die Spannung unter 150 V liegt, haben wir "Niederspannung" angezeigt, und wenn die Spannung über 200 V liegt, haben wir den Text "Hochspannung" über dem LCD angezeigt. Wir können diese Grenzwerte im PIC-Code ändern, der am Ende dieses Projekts angegeben wurde. Hier haben wir den Lüfterregler verwendet, um die eingehende Spannung zu Demonstrationszwecken im Video zu erhöhen und zu verringern.

In dieser Schaltung haben wir auch eine einfache Unter- und Überspannungsschutzschaltung ohne Verwendung eines Mikrocontrollers hinzugefügt. In dieser einfachen Schaltung haben wir den LM358-Komparator verwendet, um die Eingangs- und Referenzspannung zu vergleichen. Hier haben wir also drei Möglichkeiten in diesem Projekt:

1. Messen und vergleichen Sie die Wechselspannung mit Hilfe von Transformator, Brückengleichrichter, Spannungsteilerschaltung und PIC-Mikrocontroller.
2. Erkennung von Über- und Unterspannung mit LM358 mit Hilfe von Transformator, Gleichrichter und Komparator LM358 (ohne Mikrocontroller)
3. Erkennen Sie Unter- und Überspannung mithilfe eines Komparators LM358 und leiten Sie seinen Ausgang an den PIC-Mikrocontroller weiter, um per Code Maßnahmen zu ergreifen.

Hier haben wir die erste Option dieses Projekts demonstriert. In diesem Fall haben wir die AC-Eingangsspannung herabgesetzt und diese dann mithilfe eines Brückengleichrichters in DC umgewandelt und diese DC-Spannung dann erneut auf 5 V abgebildet und diese Spannung schließlich zum Vergleich und zur Anzeige dem PIC-Mikrocontroller zugeführt.

Im PIC-Mikrocontroller haben wir diese abgebildete Gleichspannung gelesen und basierend auf diesem abgebildeten Wert die eingehende Wechselspannung mit Hilfe der folgenden Formel berechnet:

Volt = ((adcValue * 240) / 1023)

Dabei ist adcValue der äquivalente DC-Eingangsspannungswert am ADC-Pin des PIC-Controllers und Volt die angelegte AC-Spannung. Hier haben wir 240V als maximale Eingangsspannung genommen.

oder alternativ können wir eine bestimmte Methode zum Abbilden des äquivalenten DC-Eingangswerts verwenden.

Volt = Karte (adcVlaue, 530, 895, 100, 240)

Dabei ist adcValue der äquivalente DC-Eingangsspannungswert am ADC-Pin des PIC-Controllers, 530 das minimale DC-Spannungsäquivalent und 895 der maximale DC-Spannungsäquivalentwert. Und 100 V ist die minimale Abbildungsspannung und 240 V ist die maximale Abbildungsspannung.

Bedeutet, dass der 10-mV-Gleichstromeingang am PIC-ADC-Pin gleich 2,046 ADC-Äquivalentwert ist. Hier haben wir also 530 als Mindestwertmittel ausgewählt. Die Spannung am ADC-Pin des PIC beträgt:

(((530 / 2,046) * 10) / 1000) Volt

2,6 V, die einem Mindestwert von 100 VAC zugeordnet werden

(Gleiche Berechnung für Höchstgrenze).

Überprüfen Sie, ob die Kartenfunktion am Ende im PIC-Programmcode angegeben ist. Erfahren Sie hier mehr über die Spannungsteilerschaltung und die Abbildung der Spannungen mit ADC.

Die Arbeit an diesem Projekt ist einfach. In diesem Projekt haben wir einen Wechselspannungslüfterregler verwendet, um dies zu demonstrieren. Wir haben einen Lüfterregler am Eingang des Transformators angebracht. Und dann haben wir durch Erhöhen oder Verringern des Widerstands den gewünschten Spannungsausgang erhalten.

Im Code haben wir maximale und minimale Spannungswerte für die Hochspannungs- und Niederspannungserkennung festgelegt. Wir haben 200 V als Überspannungsgrenze und 150 V als untere Spannungsgrenze festgelegt. Nach dem Einschalten der Schaltung können wir nun die AC-Eingangsspannung über dem LCD sehen. Wenn die Eingangsspannung ansteigt, können wir Spannungsänderungen über dem LCD sehen. Wenn die Spannung den Grenzwert überschreitet, benachrichtigt uns das LCD mit „HIGH Voltage Alert“. Wenn die Spannung unter den Spannungsgrenzwert sinkt, zeigt das LCD mit „ Meldung LOW Voltage Alert “. Auf diese Weise kann es auch als elektronischer Leistungsschalter verwendet werden.

Wir können außerdem ein Relais hinzufügen, um alle Wechselstromgeräte an die automatische Abschaltung bei niedrigen oder hohen Spannungen anzuschließen. Wir müssen nur eine Codezeile hinzufügen, um die Appliance unter der LCD-Warnmeldung mit dem Code auszuschalten. Überprüfen Sie hier, ob das Relais mit Wechselstromgeräten verwendet werden kann.

Schaltungserklärung:

In der Hoch- und Niederspannungsschutzschaltung haben wir einen LM358-Operationsverstärker verwendet, dessen zwei Ausgänge mit 2 und 3 Nummernstiften des PIC-Mikrocontrollers verbunden sind. Ein Spannungsteiler wird zum Teilen der Spannung verwendet und verbindet seinen Ausgang am 4. Pin des PIC-Mikrocontrollers. Das LCD wird im 4-Bit-Modus an PORTB des PIC angeschlossen. RS und EN sind direkt an B0 und B1 verbunden, und die Datenpins D4, D5, D6 und D7 des LCD sind an B2, B3, B4 bzw. B5 angeschlossen. In diesem Projekt haben wir zwei Spannungsregler verwendet: 7805 für die Mikrocontrollerversorgung und 7812 für die LM358-Schaltung. Ein 12V-0-12V-Abwärtstransformator wird auch zum Herabsetzen der Wechselspannung verwendet. Die restlichen Komponenten sind im folgenden Schaltplan dargestellt.

Programmiererklärung:

Das Programmieren eines Teils dieses Projekts ist einfach. In diesem Code müssen wir nur die Wechselspannung berechnen, indem wir die zugeordnete Spannung von 0 bis 5 V verwenden, die von der Spannungsteilerschaltung stammt, und sie dann mit vordefinierten Werten vergleichen. Sie können den vollständigen PIC-Code nach diesem Projekt überprüfen.

Zunächst haben wir im Code einen Header eingefügt und die Konfigurationsbits des PIC-Mikrocontrollers konfiguriert. Wenn Sie mit PIC-Codierung noch nicht vertraut sind, lernen Sie hier den PIC-Mikrocontroller und seine Konfigurationsbits.

Dann haben wir einige Funktionen zum Ansteuern von LCD verwendet, wie void lcdbegin () zum Initialisieren des LCD, void lcdcmd (char ch) zum Senden eines Befehls an LCD, void lcdwrite (char ch) zum Senden von Daten an LCD und void lcdprint (char *) str) zum Senden eines Strings an das LCD. Überprüfen Sie alle Funktionen im folgenden Code.

Die unten angegebene Funktion wird zum Zuordnen der Werte verwendet:

lange Karte (langes x, langes in_min, langes in_max, langes out_min, langes out_max) {return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; }}

Die gegebene Funktion int analogRead (int ch) wird zum Initialisieren und Lesen von ADC verwendet:

int analogRead (int ch) {int adcData = 0; if (ch == 0) ADCON0 = 0x03; // ADC-Kanal 0 sonst wenn (ch == 1) ADCON0 = 0x0b; // wähle ADC-Kanal 1 sonst wenn (ch == 2) ADCON0 = 0x0b; // ADC-Kanal 2 auswählen ADCON1 = 0b00001100; // wähle analoge i / p 0,1 und 2 Kanäle von ADC ADCON2 = 0b10001010; // Equalization Time Holding Cap While (GODONE == 1); // Konvertierung starten adc value adcData = (ADRESL) + (ADRESH << 8); // 10-Bit-Ausgabe speichern ADON = 0; // adc off return adcData; }}

Vorgegebene Leitungen werden verwendet, um ADC-Abtastwerte zu erhalten, den Durchschnitt davon zu berechnen und dann die Spannung zu berechnen:

während (1) {long adcValue = 0; int Volt = 0; für (int i = 0; i <100; i ++) // Proben nehmen {adcValue + = analogRead (2); Verzögerung (1); } adcValue / = 100; #if method == 1 Volt = (((float) adcValue * 240.0) /1023.0); #else volt = map (adcValue, 530, 895, 100, 240); #endif sprintf (Ergebnis "% d", Volt);

Und schließlich wird die gegebene Funktion verwendet, um die daraus resultierenden Maßnahmen zu ergreifen:

if (Volt> 200) {lcdcmd (1); lcdprint ("Hochspannung"); lcdcmd (192); lcdprint ("Alert"); Verzögerung (1000); } else if (Volt <150) {lcdcmd (1); lcdprint ("Niederspannung"); lcdcmd (192); lcdprint ("Alert"); Verzögerung (1000); }}

Schaltungs- und Leiterplattendesign mit EasyEDA:

Für die Entwicklung dieser Hoch- und Tiefspannungsdetektorschaltung haben wir das Online-EDA-Tool EasyEDA ausgewählt. Wir haben EasyEDA bereits viele Male verwendet und fanden es im Vergleich zu anderen Leiterplattenherstellern sehr bequem zu verwenden. Überprüfen Sie hier alle PCB-Projekte. EasyEDA ist nicht nur die One-Stop-Lösung für die schematische Erfassung, Schaltungssimulation und das PCB-Design, sondern bietet auch einen kostengünstigen Service für die Beschaffung von PCB-Prototypen und -Komponenten. Sie haben kürzlich ihren Komponentenbeschaffungsservice gestartet, bei dem sie über einen großen Bestand an elektronischen Komponenten verfügen und Benutzer ihre erforderlichen Komponenten zusammen mit der Leiterplattenbestellung bestellen können.

Während Sie Ihre Schaltungen und Leiterplatten entwerfen, können Sie auch Ihre Schaltungs- und Leiterplattenentwürfe veröffentlichen, damit andere Benutzer sie kopieren oder bearbeiten können, und davon profitieren. Außerdem haben wir unsere gesamten Schaltungs- und Leiterplattenlayouts für diese Hoch- und Niederspannung veröffentlicht Schutzschaltung, überprüfen Sie den folgenden Link:

easyeda.com/circuitdigest/HIGH_LOW_Voltage_Detector-4dc240b0fde140719c2401096e2410e6

Unten finden Sie den Schnappschuss der obersten Ebene des PCB-Layouts von EasyEDA. Sie können jede Ebene (oben, unten, Oberschicht, untere Seide usw.) der Leiterplatte anzeigen, indem Sie die Ebene aus dem Fenster "Ebenen" auswählen.

Sie können die Fotoansicht der Leiterplatte auch mit EasyEDA überprüfen:

Leiterplatten online berechnen und bestellen:

Nachdem Sie das Design der Leiterplatte abgeschlossen haben, können Sie oben auf das Symbol der Fertigungsausgabe klicken. Dann greifen Sie auf die Seite PCB-Bestellung zu, um Gerber-Dateien Ihrer PCB herunterzuladen und an einen beliebigen Hersteller zu senden. Es ist auch viel einfacher (und billiger), sie direkt in EasyEDA zu bestellen. Hier können Sie die Anzahl der zu bestellenden Leiterplatten, die Anzahl der benötigten Kupferschichten, die Leiterplattendicke, das Kupfergewicht und sogar die Leiterplattenfarbe auswählen. Nachdem Sie alle Optionen ausgewählt haben, klicken Sie auf "In den Warenkorb" und schließen Sie Ihre Bestellung ab. Einige Tage später erhalten Sie Ihre Leiterplatten. Der Benutzer kann sich auch an seinen lokalen Leiterplattenhersteller wenden, um Leiterplatten mithilfe der Gerber-Datei herzustellen.

Die Lieferung von EasyEDA ist sehr schnell und nach einigen Tagen der Bestellung von Leiterplatten habe ich die Leiterplattenmuster erhalten:

Unten sehen Sie die Bilder nach dem Löten der Komponenten auf der Leiterplatte:

Auf diese Weise können wir problemlos die Niederspannungsschutzschaltung für unser Zuhause bauen. Außerdem müssen Sie nur ein Relais hinzufügen, um Wechselstromgeräte daran anzuschließen und es vor Spannungsschwankungen zu schützen. Schließen Sie das Relais einfach an einen Allzweck-Pin der PIC-MCU an und schreiben Sie den Code, um diesen Pin zusammen mit dem LCD-Warnmeldungscode hoch und niedrig zu halten.