PIC 및 LED를 사용하여 배터리 전압 감소 모니터링

의 목적

배터리로 구동된 장치의 전원 전압이 떨어지고 회로가 움직이지 않는 것을 감지하기 전에 알려 주십시오.
가능한 한 실속 있고 저소모 전류로 이를 실현하기 위해 검색할 때 아래 사이트에서 하고 싶은 일에 부합한다.

전원 전압이 낮아진 판단

마이크로컴퓨터에 연결된 LED의 전류를 읽을 때의 VF(양방향 전압)를 통해 전원 전압이 낮아진 것을 판단할 수 있다.
또 평소가 아닌 만큼 일정 간격이나 임의의 시간에 한순간에 전류를 LED로 흘려보내면 판정이 가능하기 때문에 저소비 전류의 움직임도 기대할 수 있다.
이번에 우리는 PIC 마이크로컴퓨터로 실험 회로를 만들어 전원 전압의 하락을 판단하는 프로그램을 쓸 것이다.

개발 환경

MPLAB X IDE v5.10

PICKit3

실험 회로

다음 그림의 실험 회로를 조립했다.

PIC12F1822

필름 콘덴서 0.1μF(PIC 전원 안정화)

저항기×2(22kΩ、10kΩ)

LED×2(전압 읽기: 녹색, 알림: 빨간색, 모두 하이라이트)

단일 3배터리(일반시 3노트, 전압 저하 상태 2노트 아날로그)

정상적으로 전원은 3노트 7호 배터리(이번에는 약 4.2V), 전압이 떨어진 상태에서는 2노트 3호 배터리(이번에는 약 2.8V)다.
전압 읽기는 LED로 RA5핀에 연결되고 알림은 LED로 RA2핀에 연결됩니다.
또 신호선을 전압 읽기용 LED와 함께 RA4핀에 나란히 연결한다.
RA4핀을 아날로그 입력핀으로 설정하고 AD를 통해 읽을 수 있는 LED의 VF를 변환할 수 있습니다.

절차.

다음 페이지에서는 다양한 구성에 대해 자세히 설명합니다.

PIC12F11822 사용 방법: 12F11822 메모

1초마다 RA5핀의 출력을 0과 교체하고, RA5핀이 1(Hi)일 경우 LED 양쪽의 전위차가 0V이기 때문에 전류가 유통되지 않지만, 0(Lo)일 때는 전위차가 발생해 전류가 흐른다.
RA5 핀이 0으로 출력될 때 LED를 읽는 VF는 임계값 이상일 때 RA2 핀에 연결된 알림용 LED를 깜박입니다.
읽은 전압 값은 AD 변환을 통해 0~1023 사이의 값으로 변환되므로 이 기간 동안 임계값을 설정합니다.
이번 실험 회로에서의 전압 읽기용 LED의 VF는 2.3V 정도이며, 전압이 낮아졌을 때의 2.8V보다 약간 높은 3.0V 알림을 사용하면 2.3V/3.0V×1023≈784이므로 명확한 780을 임계값으로 합니다.
참고로 정상 전압 아래 VF의 AD 변환값은 2.3V/4.2V입니다.×1023≈560.
main.c

#include <xc.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

// コンフィグレーションBIT1 設定
#pragma config FOSC     = INTOSC
#pragma config WDTE     = OFF
#pragma config PWRTE    = ON
#pragma config MCLRE    = OFF
#pragma config CP       = OFF
#pragma config CPD      = OFF
#pragma config BOREN    = ON
#pragma config CLKOUTEN = OFF
#pragma config IESO     = OFF
#pragma config FCMEN    = OFF

// コンフィグレーションBIT2 設定
#pragma config WRT      = OFF
#pragma config PLLEN    = OFF
#pragma config STVREN   = OFF
#pragma config BORV     = LO
#pragma config LVP      = OFF

// 動作周波数
#define _XTAL_FREQ      4000000

// AD変換
unsigned int adconv()
{
    __delay_us(5);              // アナログ変換情報が設定されるまで待機
    ADCON0bits.GO = 1;          // PICにアナログ値読取り開始を指示
    while(ADCON0bits.nDONE);    // PICが読取り完了するまで待つ

    return ADRES;
}

int main() {

    // PIC設定
    OSCCON = 0b01101010;        // 内部クロック4MHz
    ANSELA = 0b00010000;        // アナログはRA4(RN3)に割り当て、残りをすべてデジタルに割り当てる
    TRISA  = 0b00010000;        // RA4(RN3)を入力、その他のピンは出力に割り当てる(ただしRA3は入力専用のため設定は無効)
    PORTA  = 0b00000000;        // すべてのピンの出力をLoとする
    WPUA   = 0b00000000;        // プルアップ設定なし

    // AD変換設定
    ADCON1 = 0b11000000;        // 読取値は右寄せ、A/D変換クロックはFOSC/4、VDDをリファレンスとする
    ADCON0 = 0b00001101;        // アナログ変換情報設定、RA4(RN3)から読み込む

    unsigned int value = 0;
    bool flag = false;

    while(1) {
        if (!flag){
            RA5 = 0;            // 電圧読み取り用LED点灯
            __delay_ms(1000);
            value = adconv();   // AN3(RA4)から電圧値を読み取る
            RA5 = 1;            // 電圧読み取り用LED消灯
            __delay_ms(1000);
            if(value > 780){    // 閾値以上で電圧低下を通知
                flag = true;
            }
        }else{
            RA2 = 1;            // 電圧低下通知用LED点灯
            __delay_ms(1000);
            RA2 = 0;            // 電圧低下通知用LED消灯
            __delay_ms(1000);
        }
    }

    return 0;
}

동작 확인

4개의 배터리 케이스만 있어서 배선이 엉망으로 보이니 양해해 주십시오.
전원 전압이 정상이면 전압 읽기용 LED가 깜박이고 전원 전압이 떨어지면 알림용 LED가 깜박거린다(사진은 분별하기 어렵지만 약간 빨간색이 보인다).

전원 공급 장치 전압 정상 시

전원 공급 장치 전압 감소

총결산

읽기 전압 시 LED의 전류는 약 80입니다.μA를 사용하면 저소모 전류의 전압을 낮추어 감시할 수 있다.
그러나 회로 전체를 보면 마이크로컴퓨터가 조작할 때 전류를 소모하는 비율이 거의 (실제 측정은 1.5~2ma 정도)이고 실제 조작할 때 수면 모드와 중단을 이용하여 간헐적인 동작을 해야 한다.