Hög- / lågspänningsdetekterings- och skyddskrets med pic-mikrokontroller

Vi ser ofta spänningsvariationer i elförsörjningen i vårt hem, vilket kan orsaka funktionsfel i våra hushållsapparater. Idag bygger vi en låg- och lågspänningsskyddskrets, som stänger av strömförsörjningen till apparaterna vid hög eller låg spänning. Det kommer också att visa ett varningsmeddelande på 16x2 LCD. I det här projektet har vi använt PIC Microcontroller för att läsa och jämföra ingångsspänningen med referensspänningen och vidta åtgärderna i enlighet därmed.

Vi har gjort denna krets på kretskort och lagt till en ytterligare krets på kretskort för samma ändamål, men den här gången med hjälp av op-amp LM358 (utan mikrokontroller). För demonstrationsändamål har vi valt lågspänningsgräns som 150v och högspänningsgräns som 200v. Här i det här projektet har vi inte använt något relä för avskärning, vi visade det bara med LCD, kolla in videon i slutet av den här artikeln. Men användaren kan ansluta ett relä med denna krets och ansluta det till PIC: s GPIO.

Mer information om våra andra PCB-projekt här.

Komponenter som krävs:

1. PIC Microcontroller PIC18F2520
2. PCB (beställt från EasyEDA)
3. IC LM358
4. 3-polig terminalanslutning (tillval)
5. 16x2 LCD
6. BC547 Transistor
7. 1k motstånd
8. 2k2 motstånd
9. 30K motstånd SMD
10. 10 k SMD
11. Kondensatorer - 0.1uf, 10uF, 1000uF
12. 28-stifts IC-bas
13. Manliga / kvinnliga burgsticks
14. 7805 Spänningsregulatorer - 7805, 7812
15. Pickit2 programmerare
16. LED
17. Zener-diod- 5.1v, 7.5v, 9.2v
18. Transformator 12-0-12
19. 12MHz kristall
20. 33pF kondensator
21. Spänningsregulator (fläkthastighetsregulator)

Arbetsförklaring:

I denna hög- och lågspänningsavgränsningskrets har vi läst växelspänningen med hjälp av PIC-mikrokontroller med hjälp av transformator, brygglikriktare och spänningsdelarkrets och visas över 16x2 LCD. Sedan har vi jämfört växelspänningen med de fördefinierade gränserna och visat varningsmeddelandet över LCD-skärmen i enlighet därmed. Som om spänningen är under 150v så har vi visat “Låg spänning” och om spänningen är över 200v så har vi visat “Högspänning” text över LCD-skärmen. Vi kan ändra dessa gränser i PIC-kod som ges i slutet av detta projekt. Här har vi använt Fan Regulator för att öka och minska den inkommande spänningen för demonstrationsändamål i videon.

I den här kretsen har vi också lagt till en enkel under- och överspänningsskyddskrets utan att använda någon mikrokontroller. I denna enkla krets har vi använt LM358-komparatorn för att jämföra ingångs- och referensspänningen. Så här har vi tre alternativ i detta projekt:

1. Mät och jämför AC-spänningen med hjälp av transformator, brygglikriktare, spänningsdelarkrets och PIC-mikrokontroller.
2. Detektering av över- och underspänning med hjälp av LM358 med hjälp av transformator, likriktare och komparator LM358 (utan mikrokontroller)
3. Upptäck under- och överspänning med hjälp av en komparator LM358 och mata utgången till PIC-mikrokontroller för att vidta åtgärder med kod.

Här har vi demonstrerat det första alternativet för detta projekt. I vilken vi har trappat ner AC-ingångsspänningen och sedan omvandlat den till DC med hjälp av en brygglikriktare och sedan igen kartlagt denna DC-spänning till 5v och sedan slutligen matat denna spänning till PIC-mikrokontroller för jämförelse och visning.

I PIC-mikrokontroller har vi läst denna mappade likspänning och baserat på det mappade värdet har vi beräknat den inkommande växelspänningen med hjälp av en given formel:

volt = ((adcValue * 240) / 1023)

där adcValue är ekvivalent DC-ingångsspänningsvärde vid PIC-styrenhetens ADC-stift och volt är den applicerade växelspänningen. Här har vi tagit 240v som maximal ingångsspänning.

eller alternativt kan vi använda en given metod för att mappa motsvarande likströmsingångsvärde.

volt = karta (adcVlaue, 530, 895, 100, 240)

där adcValue är ekvivalent likspänningsvärde vid PIC-styrenhetens ADC-stift, är 530 minsta likspänningsekvivalent och 895 är det maximala likspänningsekvivalentvärdet. Och 100v är minsta kartläggningsspänning och 240v är maximal kartläggningsspänning.

Medel 10mV DC-ingång vid PIC ADC-stift är lika med 2,046 ADC-ekvivalentvärde. Så här har vi valt 530 som medelvärde, spänningen vid PIC: s ADC-stift kommer att vara:

(((530 / 2.046) * 10) / 1000) Volt

2.6v som kommer att kartläggas minimivärdet 100VAC

(Samma beräkning för maxgräns).

Kontrollera att kartfunktionen ges i PIC programkoden i slutändan. Lär dig mer om spänningsdelarkrets och kartläggning av spänningar med ADC här.

Att arbeta med detta projekt är enkelt. I detta projekt har vi använt en AC-fläktregulator för att demonstrera det. Vi har anslutit fläktregulator till ingången på transformatorn. Och sedan genom att öka eller minska dess motstånd fick vi önskad spänningsutgång.

I koden har vi fasta högsta och lägsta spänningsvärden för detektering av högspänning och lågspänning. Vi har fixerat 200v som överspänningsgräns och 150v som lägre spänningsgräns. Efter att ha startat kretsen kan vi se växelspänningen över LCD-skärmen. När ingångsspänningen ökar kan vi se spänningsförändringar över LCD och om spänningen blir mer än över spänningsgränsen kommer LCD att varna oss med “HÖG spänningsvarning” och om spänningen blir låg än under spänningsgränsen kommer LCD att varna oss genom att visa “ Meddelande om LÅG spänningsvarning. På detta sätt kan den också användas som elektronisk strömbrytare.

Vi kan vidare lägga till ett relä för att ansluta alla AC-apparater till automatisk avstängning på låga eller höga spänningar. Vi behöver bara lägga till en kodrad för att stänga av apparaten, under LCD-varningsmeddelandet som visar koden. Markera här för att använda relä med växelströmsapparater.

Kretsförklaring:

I hög- och lågspänningsskyddskrets har vi använt en LM358 op-förstärkare som har två utgångar anslutna till 2 och 3 nummerstift på PIC-mikrokontroller. Och en spänningsdelare används för att dela spänningen och ansluter dess utgång på PIC-mikroprocessorns fjärde stift. LCD är ansluten vid PORTB på PIC i 4-bitars läge. RS och EN är direktanslutna vid B0 och B1 och datapinnar D4, D5, D6 och D7of LCD är anslutna vid B2, B3, B4 respektive B5. I det här projektet har vi använt två spänningsregulatorer: 7805 för matning av mikrokontroller och 7812 för LM358-kretsen. Och en 12v-0-12v nedgångstransformator används också för att trappa ner växelspänningen. Resten av komponenterna visas i kretsschemat nedan.

Programmeringsförklaring:

Det är enkelt att programmera en del av detta projekt. I den här koden behöver vi bara beräkna växelspänningen med hjälp av mappad 0-5v spänning som kommer från spänningsdelarkretsen och sedan jämföra den med fördefinierade värden. Du kan kontrollera hela PIC-koden efter detta projekt.

Först, i koden, har vi inkluderat en rubrik och konfigurerat PIC-mikrokontroller konfigurationsbitar. Om du är ny på PIC-kodning lär du dig PIC Microcontroller och dess konfigurationsbitar här.

Sedan har vi använt några fuktioner för att köra LCD, som void lcdbegin () för initialisering av LCD, void lcdcmd (char ch) för att skicka ett kommando till LCD, void lcdwrite (char ch) för att skicka data till LCD och void lcdprint (char * str) för att skicka sträng till LCD. Kontrollera alla funktioner i koden nedan.

Nedanstående funktion används för att kartlägga värdena:

lång karta (lång x, lång in_min, lång in_max, lång ut_min, lång ut_max) {retur (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; }

Givet int analogRead (int ch) -funktion används för att initiera och läsa ADC:

int analogRead (int ch) {int adcData = 0; om (ch == 0) ADCON0 = 0x03; // adc-kanal 0 annars om (ch == 1) ADCON0 = 0x0b; // välj adc-kanal 1 annat om (ch == 2) ADCON0 = 0x0b; // välj adc-kanal 2 ADCON1 = 0b00001100; // välj analog i / p 0,1 och 2-kanal för ADC ADCON2 = 0b10001010; // eqisation time holding cap time while (GODONE == 1); // starta omvandling adc-värde adcData = (ADRESL) + (ADRESH << 8); // Lagra 10-bitars utgång ADON = 0; // adc off return adcData; }

Angivna linjer används för att få ADC-prover och beräkna genomsnittet av dem och sedan beräkna spänningen:

medan (1) {long adcValue = 0; int volt = 0; för (int i = 0; i <100; i ++) // tar prover {adcValue + = analogRead (2); fördröjning (1); } adcValue / = 100; #if-metod == 1 volt = (((float) adcValue * 240.0) /1023.0); #else volt = karta (adcValue, 530, 895, 100, 240); #endif sprintf (resultat, "% d", volt);

Och slutligen används en given funktion för att vidta resultat:

if (volt> 200) {lcdcmd (1); lcdprint ("High Voltage"); lcdcmd (192); lcdprint ("Alert"); fördröjning (1000); } annars om (volt <150) {lcdcmd (1); lcdprint ("Low Voltage"); lcdcmd (192); lcdprint ("Alert"); fördröjning (1000); }

Krets- och kretskortsdesign med EasyEDA:

För att utforma denna HIGH och LOW Voltage Detector Circuit har vi valt EDA-verktyget online som heter EasyEDA. Vi har tidigare använt EasyEDA många gånger och tyckte att det var väldigt bekvämt att använda jämfört med andra PCB-tillverkare. Se alla våra PCB-projekt här. EasyEDA är inte bara one-stop-lösningen för schematisk infångning, kretssimulering och PCB-design, de erbjuder också en låg kostnad PCB-prototyp och Components Sourcing-tjänst. De lanserade nyligen sin komponentinköpstjänst där de har ett stort lager av elektroniska komponenter och användare kan beställa sina komponenter tillsammans med PCB-beställningen.

När du designar dina kretsar och kretskort kan du också göra din krets- och kretskortsdesign offentlig så att andra användare kan kopiera eller redigera dem och dra nytta av det, vi har också gjort hela krets- och kretskortlayouterna offentliga för denna höga och låga spänning Skyddskrets, kontrollera länken nedan:

easyeda.com/circuitdigest/HIGH_LOW_Voltage_Detector-4dc240b0fde140719c2401096e2410e6

Nedan är ögonblicksbilden av toppskiktet av PCB-layout från EasyEDA, du kan se vilket lager som helst (Top, Bottom, Topsilk, bottomsilk etc) på PCB genom att välja lagret från 'Layers' Window.

Du kan också kolla in fotovyn på PCB med EasyEDA:

Beräkning och beställning av PCB online:

Efter att ha slutfört designen av PCB kan du klicka på ikonen för Fabrication-utdata ovan. Då kommer du till sidan PCB-order för att ladda ner Gerber-filer på ditt PCB och skicka dem till valfri tillverkare, det är också mycket enklare (och billigare) att beställa det direkt i EasyEDA. Här kan du välja antalet PCB du vill beställa, hur många kopparlager du behöver, PCB-tjockleken, kopparvikten och till och med PCB-färgen. När du har valt alla alternativ klickar du på "Spara i kundvagn" och slutför din beställning, så får du dina PCB några dagar senare. Användaren kan också gå med sin lokala PCB-leverantör för att göra PCB med hjälp av Gerber-filen.

EasyEDA levererar mycket snabbt och efter några dagars beställning av PCB fick jag PCB-proverna:

Nedan visas bilderna efter lödning av komponenterna på PCB:

Så här kan vi enkelt bygga skyddskretsen för låg-högspänning för vårt hem. Dessutom behöver du bara lägga till ett relä för att ansluta eventuella växelströmsapparater till det för att skydda det mot spänningsvariationer. Anslut bara reläet till vilken PIC MCU som helst för allmänt ändamål och skriv koden så att stiftet blir högt och lågt tillsammans med LCD-varningskod.