Kurzschlussschutz für digitalen Eingang

In meiner Frage hier: Überprüfung meines allerersten PCB-Designs für einen Bewässerungssteuerungsroboter. es wurde darauf hingewiesen, dass ich wohl die LEVEL_ALERTleitung schützen solle.

Im Wesentlichen habe ich also ein digitales Off-Board-Eingangssignal (5 V), das den Anschluss mit einem 12-V-Hochleistungskabel (bis zu 5 A) teilt, und es gibt die Nähe zu Wasser. Es besteht also ein echtes Risiko, dass die 12 V mit dem Eingangssignal kurzgeschlossen werden. Ich möchte magischen Rauch vermeiden ... Die genaue Schaltung ist in der oben verlinkten Frage enthalten, aber ich werde die relevanten Teile hier wiedergeben:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die Werte der Komponenten sind nicht korrekt. Ich habe die Komponenten nur hinzugefügt, die Werte sollten keine Rolle spielen. Ich habe die Sicherung hinzugefügt, es war nicht im Original.

Wie Sie in dem großen Kästchen oben sehen können, das einen Stecker darstellt, der außerhalb des Boards verläuft. Und es besteht die Gefahr, dass die 12 V, die aus dem Relais gehen, mit dem Draht, der zum LEVELPin des ATmega geht, kurzgeschlossen werden und magischer Rauch entsteht.

Wenn es nur eine ESD oder ein kleiner Transient wäre, bin ich sicher, dass die ESD-Dioden im GPIO-Pin damit umgehen könnten. Dies kann jedoch ein Dauerkurzschluss zu 12 V sein, von dem ich sicher bin, dass er das Mikro braten würde.

Hier sind die Optionen, die ich in Betracht gezogen habe:

1. Klemmen Sie die Diode an die 5-V-Schiene. Kann der Regler (LM7805CT) damit umgehen, dass der Ausgang stark auf die gleiche Spannung wie sein Eingang getrieben wird? Selbst wenn dies möglich ist, wird die 5-V-Schiene über die maximale Vcc des ATmega steigen? Wenn der Wasserstand so sinkt, dass der Schalter betätigt wird, während der Ausgang kurzgeschlossen ist, sollte die Sicherung durchbrennen, um einen Trockenlauf der Pumpe zu verhindern.
2. Setzen Sie einen PMOS zwischen U2 und ATmega und fügen Sie einen Spannungsteiler hinzu LEVEL, wo der Teilungspunkt mit dem Gate des PMOS verbunden ist, so dass alles über 5 V auf LEVEL die Stromversorgung des Relais unterbricht und den Kurzschluss unterbricht. Ich bin mir nicht sicher, ob dies schnell genug sein wird, um Schäden am ATmega zu verhindern. Es sind auch mindestens drei weitere Komponenten. Die Geschwindigkeit kann durch einen RC-Filter auf der LEVEL-Leitung gelöst werden. Wenn der Füllstandsschalter aufgrund eines niedrigen Füllstands aktiviert wird, während der Ausgang kurzgeschlossen ist, ist dies kein Problem, da das Relais die Pumpe sowieso abschaltet.
3. Dedizierte Strom- und Spannungsbegrenzungs-IC. Ich möchte wirklich vermeiden, an dieser Stelle einen weiteren IC hinzuzufügen.
4. Ähnlich wie 2, aber PMOS parallel zu C1 schalten und stattdessen die Sicherung durchbrennen.
5. Verwenden Sie einen Spannungsteiler, um ein geeignetes Potential von fast 5 V von der 12-V-Schiene zu erzeugen, die nicht mit dem Regler verbunden ist, und klemmen Sie sie mit einer Diode ab, die den LEVELgleichen Effekt wie 1 hat. Ich denke jedoch, dass Sie nicht riskieren, den Regler durchzubrennen oder anzuheben Vcc.

Können Sie uns bitte mitteilen, ob eine dieser Methoden zum Schutz der ICs geeignet ist? Oder wenn einer besser ist als der andere?