使用PIC单片机的高/低压检测和保护电路

我们经常看到家用电源的电压波动，这可能会导致家用交流电设备出现故障。今天，我们正在构建一个低成本的高低压保护电路，在高低压情况下，该电路将切断电器的电源。它还将在16x2 LCD上显示警报消息。在本项目中，我们使用PIC单片机读取并比较了输入电压与参考电压，并采取相应的措施。

我们已经在PCB上制作了该电路，并出于相同的目的在PCB上添加了额外的电路，但这一次使用运算放大器LM358（不带微控制器）。出于演示目的，我们选择了低电压限制为150v，高电压限制为200v。在此项目中，我们没有使用任何继电器进行切断，我们只是使用LCD进行了演示，请查看本文结尾处的视频。但是用户可以在该电路上连接一个继电器，并将其与PIC的GPIO连接。

在此处进一步检查我们的其他PCB项目。

所需组件：

1. PIC单片机PIC18F2520
2. PCB（从EasyEDA订购）
3. 集成电路LM358
4. 3针端子连接器（可选）
5. 16x2 LCD
6. BC547晶体管
7. 1K电阻
8. 2K2电阻
9. 30K贴片电阻
10. 10k贴片
11. 电容器-0.1uf，10uF，1000uF
12. 28针IC底座
13. 男/女汉堡
14. 7805稳压器-7805，7812
15. Pickit2程序员
16. LED
17. 齐纳二极管-5.1v，7.5v，9.2v
18. 变压器12-0-12
19. 12MHz晶体
20. 33pF电容器
21. 调压器（风扇调速器）

工作说明：

在此高低压切断电路中，我们已使用PIC微控制器借助变压器，桥式整流器和分压器电路读取了交流电压，并通过16x2 LCD进行了显示。然后，我们将交流电压与预定义的限制进行了比较，并在LCD上相应地显示了警报消息。例如，如果电压低于150v，则显示“低电压”，如果电压高于200v，则在液晶显示屏上显示“高电压”文本。我们可以在项目末尾更改PIC代码中的限制。在这里，我们已经使用风扇调节器来增加和降低输入电压，以用于视频演示。

在该电路中，我们还增加了一个简单的欠压和过压保护电路，而无需使用任何微控制器。在这个简单的电路中，我们使用了LM358比较器来比较输入电压和参考电压。因此，在此项目中，我们有三个选项：

1. 借助变压器，桥式整流器，分压器电路和PIC微控制器来测量和比较交流电压。
2. 在变压器，整流器和比较器LM358（不带微控制器）的帮助下，通过使用LM358来检测过压和欠压
3. 使用比较器LM358检测欠压和过压，并将其输出馈送到PIC微控制器，以通过代码采取措施。

在这里，我们演示了该项目的首选。其中，我们已经降低了交流输入电压，然后使用桥式整流器将其转换为直流，然后再次将该直流电压映射到5v，最后将该电压馈入PIC微控制器进行比较和显示。

在PIC单片机中，我们已读取了该映射的直流电压，并根据该映射的值借助给定的公式计算了输入的交流电压：

伏特=（（adcValue * 240）/ 1023）

其中 adcValue 是PIC控制器ADC引脚上的等效直流输入电压值， 伏特 是施加的交流电压。这里我们以240v作为最大输入电压。

或者，我们可以使用给定的方法来映射等效的直流输入值。

伏特=地图（adcVlaue，530，895，100，240）

其中 adcValue 是PIC控制器ADC引脚上的等效DC输入电压值，530是最小DC电压等效值，而895是最大DC电压等效值。100v是最小映射电压，而240v是最大映射电压。

表示PIC ADC引脚上的10mV DC输入等于2.046 ADC等效值。因此，这里我们选择530作为最小值，PIC的ADC引脚上的电压为：

（（（（530 / 2.046）* 10）/ 1000）伏

2.6v，将映射为最小值100VAC

（最大限制的相同计算）。

最后检查PIC程序代码中是否提供了 映射 功能。在此处了解有关分压器电路和使用ADC映射电压的更多信息。

这个项目的工作很容易。在此项目中，我们使用了交流电压风扇调节器进行演示。我们已将风扇调节器连接到变压器的输入。然后，通过增加或减小其电阻，我们可以获得所需的电压输出。

在代码中，我们为高电压和低电压检测设置了固定的最大和最小电压值。我们将200v固定为过电压限制，将150v固定为较低电压限制。现在，给电路加电后，我们可以在LCD上看到交流输入电压。当输入电压增加时，我们可以看到LCD上的电压变化，如果电压超过电压上限，则LCD会通过“高电压警报”向我们发出警报；如果电压低于电压上限，则LCD会通过显示“ “低电压警报”消息。这样，它也可以用作电子断路器。

我们可以进一步添加一个继电器，以将任何交流设备连接到低电压或高电压时自动断开。我们只需要在显示代码的LCD警报消息下方添加一行代码以关闭设备即可。选中此处以将继电器与AC电器一起使用。

电路说明：

在高低压保护电路中，我们使用了LM358运算放大器，该放大器的两个输出连接到PIC微控制器的2和3个数字引脚。分压器用于分压并将其输出连接到PIC微控制器的第4个数字引脚。LCD以4位模式连接到PIC的PORTB。RS和EN直接连接到B0和B1，LCD的数据引脚D4，D5，D6和D7分别连接到B2，B3，B4和B5。在该项目中，我们使用了两个稳压器：7805用于微控制器电源，而7812用于LM358电路。此外，还使用一个12v-0-12v降压变压器来降低AC电压。其余组件显示在下面的电路图中。

编程说明：

该项目的编程部分很容易。在此代码中，我们只需要使用来自分压器电路的映射0-5v电压来计算交流电压，然后将其与预定义值进行比较即可。您可以在完成该项目后检查完整的PIC代码。

首先，在代码中，我们包含了一个标头并配置了PIC微控制器的配置位。如果您不熟悉PIC编码，请在此处学习PIC微控制器及其配置位。

然后我们使用了一些驱动LCD的功能，例如 void lcdbegin（） 初始化LCD， void lcdcmd（char ch） 向LCD发送命令， void lcdwrite（char ch） 向LCD发送数据和 void lcdprint（char *）。 str） 用于将字符串发送到LCD。检查下面代码中的所有功能。

以下给定的函数用于映射值：

长映射（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; }

给定 int AnalogRead（int ch） 函数用于初始化和读取ADC：

int AnalogRead（int ch）{int adcData = 0; if（ch == 0）ADCON0 = 0x03; // ADC通道0否则if（ch == 1）ADCON0 = 0x0b; //选择adc通道1否则if（ch == 2）ADCON0 = 0x0b; //选择adc通道2 ADCON1 = 0b00001100; //选择ADC ADCON2 = 0b10001010的模拟i / p 0,1和2通道; //均衡时间保持上限时间while（GODONE == 1）; //开始转换adc值adcData =（ADRESL）+（ADRESH << 8）; //存储10位输出ADON = 0; //关闭adc返回adcData; }

给定的线用于获取ADC样本并计算它们的平均值，然后计算电压：

while（1）{long adcValue = 0; 内部电压= 0; for（int i = 0; i <100; i ++）//进行采样{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）;

最后使用给定的函数执行结果操作：

if（伏特> 200）{lcdcmd（1）; lcdprint（“高压”）; lcdcmd（192）; lcdprint（“ Alert”）; 延迟（1000）; } else if（volt <150）{lcdcmd（1）; lcdprint（“低电压”）; lcdcmd（192）; lcdprint（“ Alert”）; 延迟（1000）; }

使用EasyEDA的电路和PCB设计：

为了设计这种高低压检测电路，我们选择了在线EDA工具EasyEDA。我们以前使用过EasyEDA多次，发现与其他PCB制造商相比，它使用起来非常方便。在这里检查我们所有的PCB项目。 EasyEDA不仅是原理图捕获，电路仿真和PCB设计的一站式解决方案，而且还提供低成本的PCB原型和元件采购服务。他们最近启动了组件采购服务，在那里他们拥有大量电子组件，用户可以与PCB订单一起订购所需的组件。

在设计电路和PCB时，您还可以公开电路和PCB设计，以便其他用户可以复制或编辑它们并从中受益，我们还针对这种高电压和低电压公开了整个电路和PCB布局 保护电路，请检查以下链接：

easyeda.com/circuitdigest/HIGH_LOW_Voltage_Detector-4dc240b0fde140719c2401096e2410e6

以下是EasyEDA的PCB布局顶层快照，您可以通过选择“层”窗口中的层来查看PCB的任何层（顶层，底层，顶层丝绸，底层丝绸等）。

您也可以使用EasyEDA检出PCB的照片视图：

在线计算和订购PCB：

完成PCB设计后，您可以单击 上面的 Fabrication输出 图标 。然后，您将访问PCB订购页面，以下载PCB的Gerber文件并将其发送给任何制造商，直接在EasyEDA中订购它也容易得多（且便宜很多）。在这里，您可以选择要订购的PCB数量，所需的铜层数，PCB的厚度，铜的重量，甚至PCB的颜色。选择所有选项后，单击“保存到购物车”并完成您的订单，几天后您将获得PCB。用户也可以与当地的PCB供应商一起使用Gerber文件制作PCB。

EasyEDA的交货速度非常快，在订购PCB几天后，我得到了PCB样品：

下面是将元件焊接到PCB上的 图片：

这样我们就可以轻松地为我们的房屋建立低压保护电路。此外，您只需要添加一个继电器即可将任何交流设备连接到它，以保护它免受电压波动的影响。只需将继电器与PIC MCU的任何通用引脚连接，然后编写代码以使该引脚为高电平和低电平以及LCD警报消息代码即可。