1 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Nghiªn cøu, ThiÕt kÕ thiÕt bÞ ®o c¸c ®¹i lîng ®iÖn truyÒn tin theo chuÈn USB ngµnh §o lêng vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khi[.]
-1- giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu, Thiết kế thiết bị đo đại lợng điện truyền tin theo chuẩn USB ngành : Đo lờng hệ thống điều khiển trần Thái Anh ÂU Ngời híng dÉn khoa häc : TS Ngun qc cêng hµ néi 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131501701000000 -2- Lời cảm ơn Lời xin đợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Quốc Cờng, ngời đà tận tình bảo, hớng dẫn, giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Kỹ thuật Đo Tin học Công nghiệp nói riêng thầy cô giáo Khoa Điện nói chung đà cho kiến thức vô giá trình học tập dới mái trờng Đại học Bách khoa Hà nội Và xin đợc bày tỏ biết ơn đến gia đình bạn bè ngời đà giúp đỡ động viên lúc khó khăn trình thực đồ án -3- Mục lục Trang Lời cảm ơn Mục lục Lời mở đầu Chơng 1: Đặt vấn đề 1.1Thực trạng truyền tin thiết bị đo 1.2 Phơng hớng nghiên cứu đề tài Chơng 2: Giới thiệu ADE7753 2.1 Mô tả chung 2.2 Cấu trúc ADE7753 2.2.1 Sơ đồ khối chức 2.2.2 Đầu vào tơng tự 2.2.3 Bộ biến đổi tơng tự số 2.2.4 Các phép đo ADE7753 2.2.4.1 Đo dòng điện hiệu dụng (IRMS) 2.2.4.2 Đo điện áp hiệu dụng (URMS) 2.2.4.3 Đo công suất tác dụng 2.2.4.4 Đo lợng tác dụng 2.2.4.5 Đo công suất lợng phản kháng (Q) 2.2.4.6 Đo công suất lợng biểu kiến 2.3 Giao diện SPI chế ngắt cđa ADE7753 2.3.1 Giao diƯn nèi tiÕp SPI 2.3.2 Ng¾t ADE7753 Ch¬ng 3: Giíi thiƯu chung vỊ chn USB 3.1 Khái niệm USB -4- 3.2 Các u điểm cđa giao tiÕp USB 3.3 HƯ thèng USB 3.3.1 USB Host 3.3.1.1 Bộ điều khiển host USB 3.3.1.2 Phần mềm øng dơng 3.3.1.3 HƯ thèng ®iỊu khiĨn USB 3.3.2 ThiÕt bÞ USB 3.3.3 KÕt nèi USB 3.3.3.1 KiÕn tróc Bus 3.3.3.2 Mô hình luồng liệu 3.3.3.3 Giao thức USB 3.4 Cáp nối USB Chơng 4: Xây dựng thiết bị ®o trun th«ng theo chn USB 4.1 Giao diƯn USB chip Pic18f4550 4.1.1 Giíi thiƯu chung 4.1.2 C¸c ghi chức USB 4.1.3 Ram USB 4.1.4 Cài đặt cấu hình Oscilator cho PIC 4.2 Xây dựng Driver chơng trình ứng dụng cho thiết bị 4.2.1 Cấu trúc WinDriver USB 4.2.2 Giới thiệu chung hàm WinDriver WDU_xxx USB 4.3 Thiết kế thiết bị đo phần mỊm øng dơng giao tiÕp theo chn USB 4.3.1 Mơc đích thiết kế 4.3.2 Sơ đồ nguyên lý 4.3.3 Thực kết -5- 4.3.3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 4.3.3.2 Xây dựng vi chơng trình cho thiết bị 4.3.3.3 Driver Chơng trình ứng dụng máy tính 4.3.4 Kết thiết kế Kết luận Tài liệu tham khảo -6- Lời mở đầu Hiện nay, với ph¸t triĨn cđa nỊn kinh tÕ níc ta, c¸c nhu cầu xà hội nói chung nh công nghiệp nói riêng ngày phát triển đa dạng phong phú Ngành đo lờng nằm quỹ đạo phát triển Các nhu cầu thực tế đo, thu thập liệu, truyền tin ngày đa dạng phức tạp Nhu cầu đặt cho kĩ s thiết kế thiết bị đo thách thức Với yêu cầu đó, ngời làm thiết kế thiết bị đo phải liên tục cập nhật kiến thức, tìm giải pháp để cải tiến, mở rộng nâng cao thiết bị Một giải pháp cải tiến việc truyền thông tin từ thiết bị đo để đảm bảo phù hợp với nhiều điều kiện đo cụ thể ngày đa dạng Một yêu cầu mà thực tiễn đặt thiết bị đo phải kết nối đơn giản với máy tính, có khả linh động trờng, nh thiết bị đo xách tay, bàn thí nghiệm điện Chuẩn truyền thông USB đời phát triển nh giải pháp đáp ứng đợc yêu cầu Với nhu cầu thiết thực nh vậy, chọn đề tài Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lợng điện truyền tin theo chuẩn USB làm luận văn thạc sỹ khoa học.Mục đích đề tài đa giải pháp tích hợp chuẩn truyền tin USB vào thiết bị đo điện mà cụ thể thiết bị đo sở ADE7753 Với ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ứng dụng chuẩn truyền thông USB nh giải pháp truyền thông mới, hiệu kĩ thuật đo Trong luận văn điều kiện thời gian nh điều kiện nghiên cứu hạn chế nên thiếu sót Rất mong đợc giúp đỡ, bảo thầy cô ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp đề đề tài sau phát triển nữa.Tôi xin bày tỏ lòng cảm ¬n ®Õn TiÕn sü Ngun Qc Cêng, ngêi híng dÉn tận tình trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Đo lờng & Tin học công nghiệp bạn bè đà giúp đỡ trình thực đề tài! -7- Chơng I: Đặt Vấn Đề 1.1 Thực trạng truyền tin thiết bị đo nay: Ngày nay, với phát triển công nghệ vi điện tử, thiết bị đo điện dựa sở kĩ thuật số đà đợc sử dụng ngày nhiều công nghiệp đời sống Trong năm gần đây, thiết bị đo đại lợng điện dựa sở chip ADE7753 đà đợc xây dựng, thiết kế đa vào ứng dụng, phục vụ ngày nhiều cho sở công nghiệp, sản xuất dân sinh Đối với thiết bị đo nói chung thiết bị đo điện sở ADE7753 nói riêng, việc truyền tin quan trọng Nó phục vụ cho mục đích cài đặt thiết bị, hiệu chỉnh thiết bị nh giám sát thiết bị truyền thông tin xa Hiện nay, thiết bị đo điện đà ®a vµo thùc tÕ sư dơng viƯc trun tin thêng thông qua cổng máy tính song song theo chuẩn truyền RS232 Hơn nữa, số sản phẩm máy tính dòng không tích hợp cổng Com, có cổng USB nh hạn chế việc truyền tin theo RS232 Nhu cầu có đợc thiết bị đo di động có khả ghép nối với máy tính đơn giản, thuận tiện phục vụ cho công tác giám sát, cài đặt, hiệu chỉnh thiết bị trờng nh phục vụ cho bàn thí nghiệm có thật Trớc nhu cầu đấy, việc tích hợp cổng truyền tin theo chuẩn USB vào thiết bị đo điện đợc xem nh giải pháp thực tế hiệu Gần đây, giải pháp truyền tin theo chuẩn USB đà đợc hÃng sản xuất thiết bị đo tích hợp Tuy nhiên, xảy phía nhà sản xuất đấy, modun truyền tin USB phần mềm máy tính phần cứng, firmware thiết bị đợc đóng gói kèm với thiết bị đo chuyên biƯt cđa h·ng VỊ phÝa c¸c kÜ -8- s thiÕt kế, xây dựng hệ thống phát triển thiết bị đo Việt Nam, công nghệ giải pháp toán nan giải Với mong muốn nắm bắt công nghệ xây dựng đợc modun truyền tin theo chuẩn USB tích hợp vào thiết bị đo điện dựa sở ADE7753, lấy làm hớng nghiên cứu cho luận văn thạc sỹ khoa học 1.2 Phơng hớng nghiên cứu đề tài: - Nghiªn cøu chn trun tin USB - ThiÕt kÕ xây dựng module truyền tin theo chuẩn USB tích hợp thiết bị đo sở ADE7753 -9- Chơng 2: Giới thiệu ADE7753 2.1 Mô tả chung: ADE7753 tích hợp công nghệ ADC DSP với độ xác cao chíp Nó có mạch điện áp chuẩn, sensor nhiệt độ tấc thuật to¸n xư lý tÝn hiƯu cho viƯc thùc hiƯn c¸c phép đo lợng tác dụng, lợng phản kháng, lợng biểu kiến, phép đo chu kỳ đo dòng áp hiệu dụng ADE7753 có giao tiếp nối tiếp phục vụ cho việc đọc thông tin Nó cung cấp loạt chức cho phép chỉnh định thông số, nâng cao tính xác phép đo: chỉnh pha, offset Bên cạnh đó, ADE7753 có khả phát thay đổi bất thờng điện áp ADE7753 có khả đo phép đo lợng đạt độ xác 0.1% khoảng đo từ 1000:1 ADE7753 bao gồm khâu: - Mạch khuếch đại vi sai đầu vào - ADC có tốc độ nhanh, độ phân giải 24 bit - Các xư lý tÝn hiƯu sè: läc, nh©n, tÝch ph©n, céng, nhân, biến đổi tạo tần số Trong phần tới, điểm qua khâu - 10 - 2.2 Cấu trúc ADE7753: 2.2.1 Sơ đồ khối chức năng: 2.2.2 Đầu vào tơng tự: ADE7753 có kênh vào điện áp vi sai, giá trị điện áp lớn 0.5V Đầu vào kênh tín hiệu điện áp nên tín hiệu dòng phải đợc biến đổi thành tín hiệu áp trớc đa vào Biến đổi dòng thành áp đợc thực cảm biến dòng di/dt ( nh cuộn dây Rogowski), điện trở Shun chuyển đổi dòng CT Trong trờng hợp sau, tín hiệu điện áp vào kênh tỉ lệ với tín hiệu dòng, trờng hợp đầu vào dùng cảm biến di/dt, tín hiệu điện áp kênh tỉ lệ với đạo hàm tín hiệu dòng xử lý tín hiệu kênh có thêm tích phân số để phục hồi lại tín hiệu tỉ lệ với tín hiệu dòng ( xem sơ đồ khối chức năng)