Основой предлагаемого устройства является микроконтроллер со встроенным АЦП. Он постоянно измеряет сетевое напряжение, а в случае его выхода за заранее установленные пороговые значения отключает нагрузку от сети. Результаты измерения и информация о режимах работы устройства выводятся на ЖК индикатор.
     Устройство предназначено для защиты различной сетевой электрорадиоаппаратуры от колебаний питающего напряжения. В качестве исполнительного элемента применено электромагнитное реле, благодаря чему к устройству можно подключать нагрузку суммарной мощностью от нескольких мВт до 3 кВт (230 В, 16А). Следует обратить внимание, что в устройстве использован бестрансформаторный блок питания, поэтому при его изготовлении и налаживании необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности.
Технические характеристики
Напряжение сети. В........................................................................40...400
Интервал установки нижнего порога отключения, В ................170...200
Интервал установки верхнего порога отключения, В ................240...270
Шаг установки порогов отключения, В........................................2
Максимальный ток нагрузки, А....................................................16
     Основной задачей при изготовлении данного устройства была разработка "широкодиапазонного" блока питания. После многочисленных экспериментов было принято решение применить импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме LNK304. Но для этой микросхемы, согласно паспортным данным, интервал питающего напряжения составляет 85...265 В, что не соответствует требованиям, предъявляемым к устройству. Ведь напряжение в однофазной сети при обрыве нулевого провода может достигать 400 В. Поэтому для расширения интервала питающего напряжения был применен входной конденсаторный делитель напряжения. В процессе эксплуатации выяснилось, что блок питания в этом устройстве устойчиво запускается при напряжении сети от 40 В и надежно работает при напряжении до 400 В.
     Схема устройства показана на рис. 1. Его основа — микроконтроллер PIC16F876A (DD1). Выбор в пользу этого микроконтроллера был сделан потому, что он имеет встроенный АЦП, позволяющий относительно просто реализовать цифровой вольтметр. В отличие от подавляющего большинства вольтметров переменного тока, где сначала происходит выпрямление переменного напряжения, а затем его измерение, здесь на вход АЦП микроконтроллера DD1 с делителя напряжения R1R2R3 поступает переменное напряжение. Микроконтроллер постоянно проводит его измерение, а максимальный результат (амплитудное значение) выводит на ЖКИ HG1. Поэтому для индикации действующего напряжения соответствующее ему переменное напряжение устанавливают входным делителем по образцовому вольтметру. Проверка показала, что такой вольтметр обладает хорошей линейностью в интервале входного напряжения 10...500 В.
     Одновременно микроконтроллер DD1 сравнивает полученные результаты с заложенными в его память значениями нижнего и верхнего порогов отключения. Если напряжение сети находится в допустимом интервале — между нижним и верхним порогами, на линии порта RA1 установится напряжение высокого уровня, транзистор VT1 откроется и питающее напряжение поступит на реле К1. Своими контактами К1 1 оно подключит нагрузку к сети При выходе напряжения сети за допустимые пределы на линии порта RA1 установится низкий уровень, транзистор закроется и нагрузка обесточится. По умолчанию (заложено в коды программы) в память микроконтроллера записан нижний порог 200 В и верхний 240 В
     Напряжение питания микроконтроллера DD1 и ЖКИ HG1 стабилизировано интегральным стабилизатором напряжения DA2. Он, в свою очередь, питается от понижающего импульсного стабилизатора напряжения DA1 Дроссель L2 — накопительный. На конденсаторах С2 и С3 собран емкостный делитель сетевого напряжения, о котором упоминалось выше На диодах VD1, VD2 собран выпрямитель напряжения. LC-фильтр C7L1C9 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения и одновременно подавляет помехи, возникающие при работе импульсного стабилизатора.
     Для входа в режим установки нижнего и верхнего порогов необходимо нажать на кнопку SB1 "MENU" и удерживать ее не менее двух секунд. После отпускания кнопки нагрузка будет отключена от сети и в верхней строке ЖКИ появится сообщение "U 200 В" , а в нижней — "MIN" Нажимая на кнопку SB2 "SELECT", устанавливают нижний порог отключения, и для подтверждения введенного значения нажимают на кнопку SB1 "MENU". Затем в верхней строке ЖКИ появится^сообщение "U 240 В" а в нижней — "МАХ". Нажатиями на кнопку SB2 "SELECT" устанавливают верхний порог отключения и подтверждают это значение нажатием на кнопку SB1 MENU"
     После этого устройство проконтролирует сетевое напряжение, и если оно находится в разрешенном интервале, подключит нагрузку к сети При выходе за этот интервал устройство отключит нагрузку, о чем на дисплей в нижней строке будет выведена соответствующая информация. При превышении сетевым напряжением верхнего порога нагрузка будет отключена от сети и на ЖКИ появится, например, такое сообщение: "U 280 В" (напряжение в сети в данный момент) — в верхней строке и "ЗАЩИТА" — в нижней. Если сетевое напряжение станет меньше нижнего порога, то будут выведены сообщения "U 180 В" (например) и "ЗАЩИТА".
     Для исключения установки пользователем "запредельных" значений минимальный порог программно ограничен пределами 170...200 В, а максимальный — 240...270 В. Все установленные значения записываются в энергонезависимую память микроконтроллера. поэтому после отключения устройства от сети и последующем его включении все настройки восстанавливаются. На ЖКИ в верхней строке постоянно индицируется напряжение в сети, т. е. верхняя строка используется как цифровой вольтметр переменного тока.
     Все элементы, кроме ЖКИ и кнопок, монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Часть элементов предназначена для поверхностного монтажа — это резисторы Р1-12 и конденсаторы К10-17в типоразмеров 0805 или 1206, их устанавливают со стороны печатных проводников, там же размещены диоды VD4, VD5 и микросхема DA1 в корпусе SMD-8B. Остальные постоянные резисторы — МЛТ, С2-23, под-строечные — СПЗ-19, оксидные конденсаторы — импортные, С2, С3 — также импортные, предназначенные для работы при переменном напряжении до 450 В. ЖКИ WH0802D-GGD-CT можно заменить аналогичными индикаторами 2x16 (2 строки по 16 знакомест) на основе контроллеров HD44780 или KS0066. При выборе замены обратите особое внимание на выводы питания 1 и 2. Дело в том, что различные производители выводят плюс и минус питания на эти выводы по-разному. А переполюсовка может привести к выходу индикатора из строя. Диоды FR157 заменимы на выпрямительные с допустимым обратным напряжением 1000 В и током до 1,5 А. Катушки индуктивности — VLU0608-221KFE, реле - TIANBO TRA2L-12VDC-S-Z, кнопки — любые малогабаритные, например ПКн159, обязательно с длинными толкателями, поскольку устройство не имеет гальванической развязки с сетью.
     Ток, потребляемый устройством при включенном реле, не превышает 60 мА. Внешний вид собранного устройства показан на рис. 3.
Материал взят из: Журнала Радио 2010 №12

В файле архиве прошивка для микроконтроллера

uzo.rar [2,17 Kb] (cкачиваний: 465)