基于PIC微控制器構(gòu)建一種低成本的高低壓保護(hù)電路

我們經(jīng)?？吹郊抑须娏?yīng)的電壓波動(dòng)，這可能會(huì)導(dǎo)致我們家用交流電器出現(xiàn)故障。今天，我們正在構(gòu)建一種低成本的高低壓保護(hù)電路，該電路將在高電壓或低電壓的情況下切斷電器的電源。它還將在 16x2 LCD 上顯示警告消息。在本項(xiàng)目中，我們使用PIC微控制器來讀取輸入電壓并將其與參考電壓進(jìn)行比較，并采取相應(yīng)的措施。

我們?cè)?a target="_blank">PCB上制作了這個(gè)電路，并在PCB上增加了一個(gè)額外的電路用于相同的目的，但這次使用的是運(yùn)算放大器LM358（不帶微控制器）。出于演示目的，我們選擇低電壓限制為150v，高電壓限制為200v。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們沒有使用任何繼電器進(jìn)行切斷，我們只是使用LCD演示了它，請(qǐng)查看本文末尾的視頻。但是用戶可以將繼電器連接到該電路，并將其與PIC的GPIO連接。

所需組件：

1. PIC微控制器PIC18F2520
2. 電路板（從立創(chuàng)EDA訂購）
3. 集成電路 LM358
4. 3 針端子連接器（可選）
5. 16x2 液晶顯示器
6. BC547 晶體管
7. 1k 電阻器
8. 2k2 電阻器
9. 30K電阻貼片
10. 10k 貼片
11. 電容器 - 0.1uf， 10uF， 1000uF
12. 28 針 IC 基座
13. 公/母盜賊
14. 7805 穩(wěn)壓器 - 7805， 7812
15. 皮基特2 程序員
16. 發(fā)光二極管
17. 齊納二極管 - 5.1V、7.5V、9.2V
18. 變壓器 12-0-12
19. 12MHz 晶體
20. 33pF 電容器
21. 電壓調(diào)節(jié)器（風(fēng)扇調(diào)速器）

工作說明：

在這個(gè)高低壓切斷電路中，我們使用**PIC微控制器**在變壓器，橋式整流器和分壓器電路的幫助下讀取交流電壓，并在16x2 LCD上顯示。然后，我們將交流電壓與預(yù)定義的限值進(jìn)行比較，并相應(yīng)地在LCD上顯示警報(bào)消息。就像如果電壓低于150v，那么我們顯示“低電壓”，如果電壓高于200v，那么我們?cè)贚CD上顯示“高壓”文本。我們可以在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)給出的 PIC 代碼中更改這些限制。在這里，我們使用風(fēng)扇調(diào)節(jié)器來增加和減少輸入電壓，以便在視頻中進(jìn)行演示。

在該電路中，我們還添加了 一個(gè)簡(jiǎn)單的欠壓和過壓保護(hù)電路 ，而無需使用任何微控制器。在這個(gè)簡(jiǎn)單的電路中，我們使用LM358比較器來比較輸入和基準(zhǔn)電壓。因此，我們?cè)诖隧?xiàng)目中有三個(gè)選項(xiàng)：

1. 借助變壓器，橋式整流器，分壓器電路和PIC微控制器測(cè)量和比較交流電壓。
2. 借助變壓器、整流器和比較器 LM358（無微控制器）使用 LM358 檢測(cè)過壓和欠壓
3. 使用比較器 LM358 檢測(cè)欠壓和過壓，并將其輸出饋送到 PIC 微控制器，以便通過代碼采取行動(dòng)。

在這里，我們演示了該項(xiàng)目的第一個(gè)選項(xiàng)。其中，我們將交流輸入電壓降壓，然后使用橋式整流器將其轉(zhuǎn)換為直流，然后再次將該直流電壓映射到5v，最后將該電壓饋送到PIC微控制器進(jìn)行比較和顯示。

在PIC微控制器中，我們已經(jīng)讀取了這個(gè)映射的直流電壓，并根據(jù)該映射值，我們借助給定的公式計(jì)算了輸入的交流電壓：

volt= ((adcValue*240)/1023)

其中 adcValue 是 PIC 控制器 ADC 引腳上的等效直流輸入電壓值，伏特是施加的交流電壓。這里我們采用240v作為最大輸入電壓。

或者，我們可以使用給定的方法來映射等效的直流輸入值。

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

其中ADC值是PIC控制器ADC引腳上的等效直流輸入電壓值，530是最小直流電壓等效值，895是最大直流電壓等效值。100v是最小映射電壓，240v是最大映射電壓。

PIC ADC 引腳上的 10mV 直流輸入等于 2.046 ADC 等效值。因此，這里我們選擇了 530 作為最小值，PIC 的 ADC 引腳上的電壓將為：

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

2.6V，將映射最小值為100VAC

（最大限制的計(jì)算相同）。

檢查地圖功能最后在PIC程序代碼中給出。

這個(gè)項(xiàng)目的工作很容易。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用了交流電壓風(fēng)扇調(diào)節(jié)器來演示它。我們?cè)谧儔浩鞯妮斎攵税惭b了風(fēng)扇調(diào)節(jié)器。然后通過增加或減少其電阻，我們獲得了所需的電壓輸出。

在代碼中，我們有固定的最大和最小電壓值，用于高壓和低電壓檢測(cè)。我們將200v固定為過壓限制，150v為下限電壓限制。現(xiàn)在，在電路上電后，我們可以看到LCD上的交流輸入電壓。當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，我們可以看到LCD上的電壓變化，如果電壓超過電壓限制，則LCD將通過“高壓警報(bào)”提醒我們，如果電壓低于電壓限制，則LCD將通過顯示“低電壓警報(bào)”消息來提醒我們。這樣它也可以用作 電子斷路器 。

我們可以進(jìn)一步添加一個(gè)繼電器，將任何交流電器連接到低壓或高壓的自動(dòng)切斷。我們只需要添加一行代碼即可關(guān)閉設(shè)備，在顯示代碼的 LCD 警報(bào)消息下方。查看此處以將繼電器與交流電器一起使用。

電路說明：

在高低壓保護(hù)電路中，我們使用了LM358運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器具有連接到PIC微控制器的2個(gè)和3個(gè)數(shù)字引腳的兩個(gè)輸出。分壓器用于分壓，并將其輸出連接到PIC微控制器的第4個(gè)數(shù)字引腳。液晶屏以 4 位模式連接到 PIC 的端口。RS 和 EN 直接連接在 B0 和 B1 上，LCD 的數(shù)據(jù)引腳 D4、D5、D6 和 D7 分別連接在 B2、B3、B4 和 B5 上。在本項(xiàng)目中，我們使用了兩個(gè)穩(wěn)壓器：7805用于微控制器電源，7812用于LM358電路。12v-0-12v降壓變壓器也用于降壓交流電壓。其余組件如下圖所示。

編程說明：

這個(gè)項(xiàng)目的編程部分很容易。在此代碼中，我們只需要使用來自分壓器電路的映射0-5v電壓來計(jì)算交流電壓，然后將其與預(yù)定義的值進(jìn)行比較。您可以在此項(xiàng)目之后檢查完整的 PIC 代碼。

首先，在代碼中，我們包含一個(gè)標(biāo)頭并配置了PIC微控制器配置位。如果您不熟悉 PIC 編碼，請(qǐng)在此處學(xué)習(xí) PIC 微控制器及其配置位。

然后我們使用了一些功能來驅(qū)動(dòng)LCD，比如void lcdbegin（）用于初始化LCD，void lcdcmd（char ch）用于向LCD發(fā)送命令，void lcdwrite（char ch）用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD， *void lcdprint（char str ） 用于將字符串發(fā)送到LCD。 檢查以下代碼中的所有函數(shù)。

下面給定的函數(shù)用于映射值：

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;
}

給定 int analogRead（int ch） 函數(shù)用于初始化和讀取 ADC：

int analogRead(int ch)
{
    int adcData=0;
    if(ch == 0)
    ADCON0 = 0x03;       // adc channel 0
    else if(ch == 1)
    ADCON0 = 0x0b;       //select adc channel 1
    else if(ch == 2)    
    ADCON0 = 0x0b;        //select adc channel 2    
    ADCON1 = 0b00001100;     // select analog i/p     0,1 and 2 channel of ADC
    ADCON2 = 0b10001010;    //eqisation time holding cap time
    while(GODONE==1);       // start conversion adc value
    adcData = (ADRESL)+(ADRESH<<8);     //Store 10-bit output 
    ADON=0;            // adc off
    return adcData;
}

給定的線路用于獲取ADC樣本并計(jì)算它們的平均值，然后計(jì)算電壓：

while(1)
{
    long adcValue=0;
    int volt=0;
    for(int i=0;i<100;i++)   // taking samples
    {   
        adcValue+=analogRead(2);
        delay(1);
    }
    adcValue/=100;

    #if method == 1
    volt= (((float)adcValue*240.0)/1023.0);
    #else
    volt = map(adcValue, 530, 895, 100, 240);
    #endif
    sprintf(result,"%d",volt);

最后給定函數(shù)用于執(zhí)行結(jié)果操作：

if(volt > 200)
    {
        lcdcmd(1);
        lcdprint("High Voltage");
        lcdcmd(192);
        lcdprint("  Alert  ");
        delay(1000);
    }
    
    else if(volt < 150)
    {
        lcdcmd(1);
        lcdprint("Low Voltage");
        lcdcmd(192);
        lcdprint("  Alert  ");
        delay(1000);
    }
這樣我們就可以輕松地為我們的家構(gòu)建低壓高壓保護(hù)電路。此外，您只需**添加一個(gè)繼電器即可將任何交流電器連接到**它，以保護(hù)它免受電壓波動(dòng)的影響。只需將繼電器與PIC MCU的任何通用引腳連接，并編寫代碼以使該引腳高低以及LCD警報(bào)消息代碼。

#include //xc8 is compiler

#include

#include

// CONFIG1H

#pragma config OSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config FCMEN = OFF // Fail-Safe Clock Monitor Enable bit (Fail-Safe Clock Monitor disabled)

#pragma config IESO = OFF // Internal/External Oscillator Switchover bit (Oscillator Switchover mode disabled)

// CONFIG2L

#pragma config PWRT = ON // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)

#pragma config BOREN = SBORDIS // Brown-out Reset Enable bits (Brown-out Reset enabled in hardware only (SBOREN is disabled))

#pragma config BORV = 3 // Brown Out Reset Voltage bits (Minimum setting)

// CONFIG2H

#pragma config WDT = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled (control is placed on the SWDTEN bit))

#pragma config WDTPS = 32768 // Watchdog Timer Postscale Select bits (1:32768)

// CONFIG3H

#pragma config CCP2MX = PORTC // CCP2 MUX bit (CCP2 input/output is multiplexed with RB1)

#pragma config PBADEN = OFF // PORTB A/D Enable bit (PORTB<4:0> pins are configured as digital I/O on Reset)

#pragma config LPT1OSC = OFF // Low-Power Timer1 Oscillator Enable bit (Timer1 configured for higher power operation)

#pragma config MCLRE = ON // MCLR Pin Enable bit (MCLR pin enabled; RE3 input pin disabled)

// CONFIG4L

#pragma config STVREN = ON // Stack Full/Underflow Reset Enable bit (Stack full/underflow will cause Reset)

#pragma config LVP = OFF // Single-Supply ICSP Enable bit (Single-Supply ICSP disabled)

#pragma config XINST = OFF // Extended Instruction Set Enable bit (Instruction set extension and Indexed Addressing mode disabled (Legacy mode))

// CONFIG5L

#pragma config CP0 = OFF // Code Protection bit (Block 0 (000800-001FFFh) not code-protected)

#pragma config CP1 = OFF // Code Protection bit (Block 1 (002000-003FFFh) not code-protected)

#pragma config CP2 = OFF // Code Protection bit (Block 2 (004000-005FFFh) not code-protected)

#pragma config CP3 = OFF // Code Protection bit (Block 3 (006000-007FFFh) not code-protected)

// CONFIG5H

#pragma config CPB = OFF // Boot Block Code Protection bit (Boot block (000000-0007FFh) not code-protected)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Code Protection bit (Data EEPROM not code-protected)

// CONFIG6L

#pragma config WRT0 = OFF // Write Protection bit (Block 0 (000800-001FFFh) not write-protected)

#pragma config WRT1 = OFF // Write Protection bit (Block 1 (002000-003FFFh) not write-protected)

#pragma config WRT2 = OFF // Write Protection bit (Block 2 (004000-005FFFh) not write-protected)

#pragma config WRT3 = OFF // Write Protection bit (Block 3 (006000-007FFFh) not write-protected)

// CONFIG6H

#pragma config WRTC = OFF // Configuration Register Write Protection bit (Configuration registers (300000-3000FFh) not write-protected)

#pragma config WRTB = OFF // Boot Block Write Protection bit (Boot block (000000-0007FFh) not write-protected)

#pragma config WRTD = OFF // Data EEPROM Write Protection bit (Data EEPROM not write-protected)

// CONFIG7L

#pragma config EBTR0 = OFF // Table Read Protection bit (Block 0 (000800-001FFFh) not protected from table reads executed in other blocks)

#pragma config EBTR1 = OFF // Table Read Protection bit (Block 1 (002000-003FFFh) not protected from table reads executed in other blocks)

#pragma config EBTR2 = OFF // Table Read Protection bit (Block 2 (004000-005FFFh) not protected from table reads executed in other blocks)

#pragma config EBTR3 = OFF // Table Read Protection bit (Block 3 (006000-007FFFh) not protected from table reads executed in other blocks)

// CONFIG7H

#pragma config EBTRB = OFF // Boot Block Table Read Protection bit (Boot block (000000-0007FFh) not protected from table reads executed in other blocks)

#define rs RB0

#define en RB1

char result[10];

#define lcdport PORTB

#define method 0

void delay(unsigned int Delay)

{

int i,j;

for(i=0;ifor(j=0;j<1000;j++);

}

void lcdcmd(char ch)

{

lcdport= (ch>>2)& 0x3C;

rs=0;

en=1;

delay(1);

en=0;

lcdport= (ch<<2) & 0x3c;

rs=0;

en=1;

delay(1);

en=0;

}

void lcdwrite(char ch)

{

lcdport=(ch>>2) & 0x3c;

rs=1;

en=1;

delay(1);

en=0;

lcdport=(ch<<2) & 0x3c;

rs=1;

en=1;

delay(1);

en=0;

}

void lcdprint(char *str)

{

while(*str)

{

    lcdwrite(*str);

    str++;

}

}

void lcdbegin()

{

lcdcmd(0x02);

lcdcmd(0x28);

lcdcmd(0x0e);

lcdcmd(0x06);

lcdcmd(0x01);

}

int analogRead(int ch)

{

int adcData=0;

if(ch == 0)

ADCON0 = 0x03;       // adc channel 0

else if(ch == 1)

ADCON0 = 0x0b;       //select adc channel 1

else if(ch == 2)    

ADCON0 = 0x0b;        //select adc channel 2    

ADCON1 = 0b00001100;     // select analog i/p     0,1 and 2 channel of ADC

ADCON2 = 0b10001010;    //eqisation time holding cap time

while(GODONE==1);       // start conversion adc value

adcData = (ADRESL)+(ADRESH<<8);     //Store 10-bit output 

ADON=0;            // adc off

return adcData;

}

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;

}

void main()

{

//ADCON1 = 0b0001111; //all port is digital

TRISB=0x00;

TRISC=0x00;

TRISA=0xff;

lcdbegin();

lcdprint("HIGH/LOW Volt");

lcdcmd(192);

lcdprint("Detector by PIC");

delay(1000);

lcdcmd(1);

lcdprint("CircuitDigest");

lcdcmd(192);

lcdprint("Welcomes You");

delay(1000);

while(1)

{

long adcValue=0;

int volt=0;

for(int i=0;i<100;i++)   // taking samples

{   

    adcValue+=analogRead(2);

    delay(1);

}

adcValue/=100;


#if method == 1

volt= (((float)adcValue*240.0)/1023.0);

#else

volt = map(adcValue, 530, 895, 100, 240);

#endif

sprintf(result,"%d",volt);



lcdcmd(0x80);

lcdprint("H>200V  L<150V");

lcdcmd(0xc0);

lcdprint("Voltage:");

lcdprint(result);

lcdprint(" V   ");

delay(1000);

if(volt > 200)

{

    lcdcmd(1);

    lcdprint("High Voltage");

    lcdcmd(192);

    lcdprint("  Alert  ");

    delay(1000);

}



else if(volt < 150)

{

    lcdcmd(1);

    lcdprint("Low Voltage");

    lcdcmd(192);

    lcdprint("  Alert  ");

    delay(1000);

}

}

}