Detekční a ochranný obvod vysokého / nízkého napětí pomocí mikrokontroléru

Často vidíme kolísání napětí v dodávce elektřiny u nás doma, což může způsobit poruchu našich domácích střídavých spotřebičů. Dnes stavíme levný ochranný obvod vysokého a nízkého napětí, který přeruší napájení spotřebičů v případě vysokého nebo nízkého napětí. Také se zobrazí varovná zpráva na 16x2 LCD. V tomto projektu jsme použili mikrokontrolér PIC ke čtení a porovnání vstupního napětí s referenčním napětím a podle toho podnikli kroky.

Tento obvod jsme vyrobili na desce plošných spojů a ke stejnému účelu jsme přidali další obvod na desce plošných spojů, ale tentokrát s použitím operačního zesilovače LM358 (bez mikrokontroléru). Pro demonstrační účely jsme zvolili limit nízkého napětí 150 V a limit vysokého napětí 200 V. Tady v tomto projektu jsme nepoužili žádné relé pro odpojení, právě jsme to demonstrovali pomocí LCD, zkontrolujte Video na konci tohoto článku. Uživatel však může k tomuto obvodu připojit relé a připojit jej k GPIO PIC.

Dále zkontrolujte naše další projekty PCB zde.

Požadované komponenty:

Mikrokontrolér PIC PIC18F2520
PCB (objednané u EasyEDA)
IC LM358
3kolíkový konektor terminálu (volitelný)
16x2 LCD
Tranzistor BC547
1k rezistor
2k2 rezistor
30K rezistor SMD
10k SMD
Kondenzátory - 0,1uf, 10uF, 1000uF
28kolíková základna IC
Mužské / ženské paličky
7805 Regulátory napětí - 7805, 7812
Pickit2 programátor
VEDENÝ
Zenerova dioda - 5,1 V, 7,5 V, 9,2 V
Transformátor 12-0-12
12MHz krystal
33pF kondenzátor
Regulátor napětí (regulátor otáček ventilátoru)

Pracovní vysvětlení:

V tomto odpojovacím obvodu vysokého a nízkého napětí jsme odečetli střídavé napětí pomocí mikrokontroléru PIC pomocí transformátoru, můstkového usměrňovače a obvodu děliče napětí a zobrazili jsme je na 16x2 LCD. Poté jsme porovnali střídavé napětí s předdefinovanými limity a odpovídajícím způsobem zobrazili výstražnou zprávu na LCD. Stejně jako je-li napětí nižší než 150 V, zobrazí se „Nízké napětí“ a pokud je napětí vyšší než 200 V, zobrazí se na displeji text „Vysoké napětí“. Tyto limity můžeme změnit v PIC kódu uvedeném na konci tohoto projektu. Zde jsme použili regulátor ventilátoru ke zvýšení a snížení vstupního napětí pro demonstrační účely ve videu.

V tomto obvodu jsme také přidali jednoduchý obvod ochrany proti podpětí a přepětí bez použití mikrokontroléru. V tomto jednoduchém obvodu jsme použili komparátor LM358 k porovnání vstupního a referenčního napětí. V tomto projektu tedy máme tři možnosti:

Změřte a porovnejte střídavé napětí pomocí transformátoru, můstkového usměrňovače, obvodu děliče napětí a mikrokontroléru PIC.
Detekce přepětí a podpětí pomocí LM358 pomocí transformátoru, usměrňovače a komparátoru LM358 (bez mikrokontroléru)
Detekujte podpětí a přepětí pomocí komparátoru LM358 a přivádějte jeho výstup do mikrokontroléru PIC pro provádění akce podle kódu.

Zde jsme předvedli první možnost tohoto projektu. Ve kterém jsme snížili vstupní střídavé napětí a poté jej převedli na stejnosměrné napětí pomocí můstkového usměrňovače a poté znovu namapovali toto stejnosměrné napětí na 5 V a nakonec toto napětí přivedli do mikrokontroléru PIC pro srovnání a zobrazení.

V mikrokontroléru PIC jsme načetli toto namapované stejnosměrné napětí a na základě této namapované hodnoty jsme vypočítali příchozí střídavé napětí pomocí daného vzorce:

volt = (((adcValue * 240) / 1023)

kde adcValue je ekvivalentní hodnota vstupního stejnosměrného napětí na kolíku ADC PIC ovladače a volt je aplikované střídavé napětí. Zde jsme vzali 240v jako maximální vstupní napětí.

nebo alternativně můžeme použít danou metodu pro mapování ekvivalentní vstupní hodnoty DC.

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

kde adcValue je ekvivalentní hodnota stejnosměrného vstupního napětí na kolíku ADC PIC ovladače, 530 je ekvivalent minimálního stejnosměrného napětí a 895 je hodnota ekvivalentního maxima stejnosměrného napětí. A 100 V je minimální mapovací napětí a 240 V je maximální mapovací napětí.

Znamená 10mV DC vstup na PIC ADC pinu se rovná 2,046 ADC ekvivalentní hodnotě. Zde jsme tedy vybrali 530 jako minimální hodnotu, napětí na kolíku ADC PIC bude:

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

2,6 V, která bude mapována na minimální hodnotu 100 V AC

(Stejný výpočet pro maximální limit).

Zkontrolujte, zda je funkce mapy na konci uvedena v kódu programu PIC. Další informace o obvodu rozdělovače napětí a mapování napětí pomocí ADC najdete zde.

Práce na tomto projektu je snadná. V tomto projektu jsme pro jeho demonstraci použili regulátor ventilátoru střídavého napětí. Na vstup transformátoru jsme připojili regulátor ventilátoru. A potom zvýšením nebo snížením jeho odporu jsme dostali požadovaný napěťový výstup.

V kódu jsme opravili maximální a minimální hodnoty napětí pro detekci vysokého napětí a nízkého napětí. Opravili jsme 200 V jako mez přepětí a 150 V jako dolní mez napětí. Nyní po zapnutí obvodu vidíme na LCD LCD vstupní napětí. Když se vstupní napětí zvýší, můžeme vidět změny napětí na LCD a pokud napětí přesáhne limit napětí, LCD nás upozorní „HIGH Voltage Alert“ a pokud napětí poklesne pod limit napětí, LCD nás upozorní zobrazením „ Zpráva LOW Voltage Alert “. Tímto způsobem jej lze použít také jako elektronický jistič.

Můžeme dále přidat relé pro připojení jakýchkoli střídavých zařízení k automatickému vypnutí při nízkém nebo vysokém napětí. K vypnutí spotřebiče stačí přidat řádek kódu pod výstražnou zprávu LCD zobrazující kód. Zaškrtněte zde pro použití relé se střídavými spotřebiči.

Vysvětlení obvodu:

V ochranném obvodu vysokého a nízkého napětí jsme použili operační zesilovač LM358, který má dva výstupy připojené ke 2 a 3 číselným pinům mikrokontroléru PIC. A k dělení napětí se používá dělič napětí a připojuje jeho výstup ke 4. číslu pinu mikrokontroléru PIC. LCD je připojen na PORTB PIC ve 4bitovém režimu. RS a EN jsou přímo připojeny na B0 a B1 a datové piny D4, D5, D6 a D7 LCD jsou připojeny na B2, B3, B4 a B5. V tomto projektu jsme použili dva regulátory napětí: 7805 pro napájení mikrokontroléru a 7812 pro obvod LM358. A krokový transformátor 12v-0-12v se také používá ke snižování střídavého napětí. Ostatní komponenty jsou zobrazeny v schématu zapojení níže.

Vysvětlení programování:

Programovací část tohoto projektu je snadná. V tomto kódu stačí vypočítat střídavé napětí pomocí mapovaného napětí 0-5 V pocházejícího z obvodu děliče napětí a poté jej porovnat s předdefinovanými hodnotami. Po tomto projektu můžete zkontrolovat kompletní PIC kód.

Nejprve jsme do kódu zahrnuli záhlaví a nakonfigurovali konfigurační bity mikrokontroléru PIC. Pokud jste v kódování PIC nováčkem, zde se naučíte mikrokontrolér PIC a jeho konfigurační bity.

Pak jsme použili některé funkce pro řízení LCD, jako void lcdbegin () pro inicializaci LCD, void lcdcmd (char ch) pro odeslání příkazu na LCD, void lcdwrite (char ch) pro odesílání dat na LCD a void lcdprint (char * str) pro odeslání řetězce na LCD. Zkontrolujte všechny funkce v níže uvedeném kódu.

Níže uvedená funkce se používá pro mapování hodnot:

long map (long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max) {return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; }

Vzhledem k tomu, int analogRead (int ch) funkce se používá pro inicializaci a čtení ADC:

int analogRead (int ch) {int adcData = 0; if (ch == 0) ADCON0 = 0x03; // adc kanál 0 else if (ch == 1) ADCON0 = 0x0b; // vyberte adc kanál 1 else if (ch == 2) ADCON0 = 0x0b; // vyberte adc kanál 2 ADCON1 = 0b00001100; // vyberte analogový i / p 0,1 a 2 kanál ADC ADCON2 = 0b10001010; // doba ekvalizace doby držení limitu while (GODONE == 1); // zahájení převodu adc hodnota adcData = (ADRESL) + (ADRESH << 8); // Uložení 10bitového výstupu ADON = 0; // adc off návrat adcData; }

Dané řádky se používají k získání vzorků ADC a k výpočtu jejich průměru a následnému výpočtu napětí:

while (1) {long adcValue = 0; int volt = 0; for (int i = 0; i <100; i ++) // odebírání vzorků {adcValue + = analogRead (2); zpoždění (1); } adcValue / = 100; #if method == 1 volt = (((float) adcValue * 240.0) / 1023.0); #else volt = mapa (adcValue, 530, 895, 100, 240); #endif sprintf (výsledek, "% d", volt);

A konečně se daná funkce používá k provedení výsledné akce:

if (volt> 200) {lcdcmd (1); lcdprint („vysoké napětí“); lcdcmd (192); lcdprint („Výstraha“); zpoždění (1000); } else if (volt <150) {lcdcmd (1); lcdprint („nízké napětí“); lcdcmd (192); lcdprint („Výstraha“); zpoždění (1000); }

Návrh obvodů a desek plošných spojů pomocí EasyEDA:

Pro návrh tohoto obvodu detektoru vysokého a nízkého napětí jsme zvolili online nástroj EDA s názvem EasyEDA. EasyEDA jsme již mnohokrát použili a zjistili jsme, že je velmi výhodné ji používat ve srovnání s jinými výrobci desek plošných spojů. Podívejte se zde na všechny naše projekty PCB. EasyEDA není jen komplexním řešením pro schematické snímání, simulaci obvodů a návrh desek plošných spojů, ale také nabízí levnou službu prototypů desek plošných spojů a sourcingu komponent. Nedávno zahájili službu sourcingu komponent, kde mají velkou zásobu elektronických součástek a uživatelé si mohou objednat požadované komponenty spolu s objednávkou PCB.

Při navrhování vašich obvodů a desek plošných spojů můžete také zveřejnit své návrhy obvodů a desek plošných spojů, aby je mohli ostatní uživatelé kopírovat nebo upravovat a mohli z toho těžit. Zveřejnili jsme také celé naše uspořádání obvodů a desek plošných spojů pro toto vysoké a nízké napětí Ochranný obvod, zkontrolujte níže uvedený odkaz:

easyeda.com/circuitdigest/HIGH_LOW_Voltage_Detector-4dc240b0fde140719c2401096e2410e6

Níže je snímek horní vrstvy rozložení PCB od EasyEDA, můžete zobrazit libovolnou vrstvu (horní, dolní, horní, spodní, spodní atd.) Desky plošných spojů výběrem vrstvy z okna „Vrstvy“.

Pohled na fotografii desky plošných spojů můžete zkontrolovat také pomocí aplikace EasyEDA:

Výpočet a objednání desek plošných spojů online:

Po dokončení návrhu desky plošných spojů můžete kliknout na ikonu výstupu výroby výše. Poté přejdete na stránku PCB order to download Gerber files of your PCB and send them to any Manufacturer, it's also much much easier (and expensive) to order it directly in EasyEDA. Zde můžete vybrat počet desek plošných spojů, které chcete objednat, kolik měděných vrstev potřebujete, tloušťku desky plošných spojů, hmotnost mědi a dokonce i barvu desky plošných spojů. Poté, co vyberete všechny možnosti, klikněte na „Uložit do košíku“ a dokončete objednávku. O několik dní později získáte PCB. Uživatel může také jít se svým místním prodejcem desek plošných spojů vyrábět desky plošných spojů pomocí souboru Gerber.

Dodání EasyEDA je velmi rychlé a po několika dnech objednání desek plošných spojů jsem dostal vzorky desek plošných spojů:

Níže jsou obrázky po pájení součástek na desce plošných spojů:

Takto můžeme snadno vytvořit ochranný obvod pro nízké a vysoké napětí pro náš domov. Dále stačí přidat relé pro připojení jakýchkoli střídavých spotřebičů, aby bylo chráněno před kolísáním napětí. Stačí připojit relé k libovolnému univerzálnímu kolíku PIC MCU a napsat kód, aby byl tento kolík vysoký a nízký spolu s kódem výstražné zprávy LCD.