Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết bị giám sát trạng thái máy móc không tiếp xúc, sử dụng công nghệ truyền thông Bluetooth Low Energy và Wi-Fi LÊ ANH TÀI tai.la
LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VÀ LÝ THUYẾT CHUNG
Cảm biến đo điện cho thiết bị
2.1.1 Lựa chọn cảm biến đo điện Đối với các máy móc sử dụng trong y tế, đa số các máy đều sử dụng điện một pha Với điều kiện điện lưới ở nước ta là 220V, 50Hz thì cảm biến cũng phải đáp ứng được điều kiện này Ngoài ra, cảm biến cũng phải đảm bảo độ an toàn và chính xác
Các yêu cầu về cảm biến đo điện:
Đo điện lưới 1 pha, 220V 50Hz
Đo được các thông số U, I, cosφ, dòng tối đa 10A
Có khả năng hiệu chỉnh sai số
Analog Devices là một trong những hãng lớn sản xuất cảm biến về đo dòng điện, điện áp, công suất và năng lượng phổ biến trong công nghiệp và lưới điện thông minh Bảng 2.1 thể hiện một số cảm biến đo điện một pha của hãng Analog Devices
Bảng 2.1: Một số cảm biến điện một pha hãng Analog Devices
Tiêu chí ADE9153a ADE7566 ADE7757 ADE7753
Mạch chuẩn hóa chuyển đổi dòng điện
Máy biến dòng, điện trở shunt
Máy biến dòng, điện trở shunt
Máy biến dòng, điện trở shunt
Máy biến dòng, cuộn Rogowski, điện trở shunt
Công nghệ mSure tự động hiệu chuẩn thiết bị
8052, ngoại vi cho RTC, LCD, watchdog Tiết kiệm năng lượng
Chế độ tiết kiệm năng lượng
Chế độ tiết kiệm năng lượng
So sánh với các cảm biến khác, ADE9153a vẫn đảm bảo được các chức năng đo điện cần thiết, ngoài ra còn có tính năng mSure tự động hiệu chuẩn thiết bị - một tính năng rất tiện lợi để đảm bảo thiết bị hoạt động chính xác trong thời gian dài mà không cần hiệu chuẩn thủ công Các tính năng như tiết kiệm năng lượng hay giá thành không cần quá quan trọng do cảm biến sử dụng điện trực tiếp biến đổi từ điện lưới
2.1.2 Giới thiệu chung về cảm biến ADE9153a
Các tính năng nổi bật:
Tự động hiệu chỉnh mSure autocalibration
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu 88dB (Signal to Noise Ratio SNR)
Bộ tính năng đo lường nâng cao o Tổng công suất VA o Công suất thực WATT o Công suất phản kháng VAR o Dòng điện I, điện áp U, góc pha
Hỗ trợ các chuẩn năng lượng: IEC 62053-21; IEC 62053-22; EN50470-3; OIML R46; ANSI C12.20; EC 62053-23; IEC 62053-24
Đo đạc chất lượng điện năng
Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng IC ADE9153a [1]
Sơ đồ chân và mô tả chức năng IC ADE9153a
Hình 2.3: Sơ đồ chân IC ADE9153a [1]
Bảng 2.2: Mô tả chức năng chân IC ADE9153a
Số chân Tên Chức năng
1,20 DGND Đất cho mạch số
2 DVDDOUT Đầu ra 1.7V của Digital LDO Regulator, không kết nối mạch tải ngoài với chân này
3 CLKOUT Clock Output, kết nối thạch anh giữa CLKIN và
CLKOUT để cung cấp clock ngoài cho ADE9153A
4 CLKIN Master Clock Input, kết nối thạch anh giữa CLKIN và CLKOUT để cung cấp clock ngoài cho ADE9153A Ngoài ra, có thể cung cấp một clock ngoài tại đầu vào logic
5,24 VDD Supply Voltage, cung cấp điện áp cho ADE9153A, điện áp cung cấp ở 3.3V 10%
6 IAMS Đầu ra mSure Current Driver của dòng điện ở kênh
A (Phase Current Channel) Chân IAMS được nối với đầu dương của điện trở shunt, ở vị trí gần tải nhất, tương tự với chân IAP
7,8 IAN, IAP Đầu vào tương tự cho dòng điện ở kênh A (Phase
Current Channel) Chân IAP và IAN được sử dụng lý tưởng với điện trở shunt Chân IAP (positive) và IAN (negative) Điện áp ở hai chân IAP và IAN có mức chênh lệch tối đa là125mV
9,17 AGND Đất cho mạch tương tự
10 VDDOUT2P5 Đầu ra 2.5V của Analog LDO Regulator, không kết nối mạch tải ngoài với chân này
11,12 IBN, IBP Đầu vào tương tự cho dòng điện ở kênh B (Neutral
Current Channel) Điện áp ở hai chân IBP (positive) và IBN (negative) có mức chênh lệch tối đa là 1000mV
13 VAMS Đường dẫn mSure trên kênh điện áp
14,15 VAP, VAN Đầu vào tương tự cho kênh điện áp Điện áp ở chân
VAP (positive)và VAN (negative) có mức chênh lệch từ 0.1V đến 1.7V
16 AVDDOUT Đầu ra 1.9V của Analog LDO Regulator, không kết nối mạch tải ngoài với chân này
18 REFIN Voltage Reference, giá trị tham chiếu điện áp trên
IC có giá trị được khuyên dùng là 1.25V
19 IBMS Đầu ra mSure Current Driver của dòng điện ở kênh
21 MSH Tụ ngoài cho mSure Current Driver
22 FA1 mSure Capacitor, Positive Terminal, sử dụng tụ ngoài có giá trị 0.47uF giữa 2 chân FA0 và FA1
23 FA0 mSure Capacitor, Negative Terminal, sử dụng tụ ngoài có giá trị 0.47uF giữa 2 chân FA0 và FA1
Kênh điện áp đầu ra Zero-Crossing
26 CF1 Calibration Frequency (CF) Logic Output
27 𝐼𝑅𝑄 Interrupt Request Output, đầu ra của tín hiệu yêu cầu ngắt
28 𝑅𝐸𝑆𝐸𝑇 Chân Reset, muốn Reset ADE9153A, tín hiệu tại chân này phải được đưa xuống mức logic thấp ít nhất 10us
29 MOSI/RX Master Out, Slave In của giao tiếp SPI và chân RX của UART
30 MISO/TX Master In, Slave Out của giao tiếp SPI và chân TX của UART
31 SCLK Serial Clock Input cho giao tiếp SPI
32 SS Slave Select cho giao tiếp SPI
2.1.3 Nguyên lý đo của cảm biến
ADE9153a có 2 kênh đo dòng điện Kênh A tối ưu cho sử dụng điện trở shunt, và kênh B sử dụng cho biến dòng
Hình 2.4: Đo dòng kênh A, sử dụng cho điện trở shunt [1]
Hình 2.5: Đo dòng kênh B, sử dụng cho biến dòng [1]
Với đối tượng đo là các thiết bị điện công suất vừa và nhỏ, dải dòng điện 0 – 10A, kênh A sử dụng điện trở shunt phù hợp hơn về dải đo và độ chính xác
Một số thông số kênh A
Hỗ trợ đầu vào vi sai giả với tín hiệu trên chân IAP
Khuếch đại PGA: 16, 24, 32, 38.4 (AI_PGAGAIN register)
Hình 2.6: Sử dụng điện trở shunt để đo dòng ở kênh A [2]
ADE9153a chỉ có một kênh đo điện áp duy nhất, sử dụng nguyên tắc chia áp để lấy đầu vào cho ADC Kênh điện áp là một đầu vào vi sai giả với tín hiệu trên chân VAP
Hình 2.7: Kênh đo dòng điện [1]
Nhằm mục đích sử dụng chức năng mSure ở kênh điện áp, cần nối trực tiếp chân VAMS với VAN, điều này sẽ tạo ra một điện áp thường trực 0.8V ở chân VAN Điện áp toàn thang ở chân VAP là ±0.5V, cùng với 0.8V điện áp thường trực dẫn đến giá trị tối đa là 1.3V Không được phép nối chân VAP hay VAN với ADNG hay DGND
Một số thông số kênh đo điện áp
Hỗ trợ đầu vào vi sai giả với tín hiệu trên chân IAP
Hình 2.8: Sử dụng điện trở chia áp để đo điện áp [2]
2.1.3.3 Đo giá trị hiệu dụng và tính toán năng lượng
ADE9153a tính toán tổng các giá trị của dòng điện hiệu dụng, điện áp hiệu dụng, công suất hoạt động, công suất phản kháng cơ bản và công suất toàn phần
Tổng giá trị hiệu dụng
ADE9153a cung cấp tổng dòng điện và điện áp hiệu dụng trên tất cả các kênh Đường đi dữ liệu được nêu ra ở Hình 2.9
Hình 2.9: Đường đi dữ liệu tổng hiệu dụng dựa trên bộ lọc [1]
Các phép tính tổng hiệu dụng, một cho mỗi kênh (AIRMS, BIRMS và AVRMS), được cập nhật mỗi 4 kSPS Giá trị xIRMS ở toàn thang là 52,725,703 Giá trị xVRMS ở toàn thang là 26.362.852 Tổng hiệu dụng có thể được hiệu chỉnh để tăng và bù
Tổng công suất tiêu thụ
ADE9153a cung cấp tính toán tổng công suất tiêu thụ Đường đi dữ liệu được thể hiện ở Hình 2.10
Hình 2.10: Đường dẫn dữ liệu tổng công suất tiêu thụ [1]
Tính toán tổng công suất hoạt động, AWATT, được cập nhật mỗi 4 kSPS Với đầu vào toàn thang, giá trị AWATT là 10.356.306
Tổng công suất phản kháng
ADE9153a cung cấp tính toán tổng công suất phản kháng Đường đi dữ liệu được thể hiện ở Hình 2.11
Hình 2.11: Đường dẫn dữ liệu tổng công suất phản kháng [1]
Tính toán công suất phản kháng cơ bản, AFVAR, được cập nhật mỗi 4 kSPS Với đầu vào toàn thang, giá trị AFVAR là 10.356.306
Tổng công suất toàn phần
ADE9153a cung cấp tính toán tổng công suất phản kháng Đường đi dữ liệu được thể hiện ở Hình 2.12
Hình 2.12: Đường dẫn dữ liệu tổng công suất toàn phần [1]
Tính tổng công suất biểu kiến, AVA, được cập nhật mỗi 4 kSPS Với đầu vào toàn thang, giá trị AVA là 10,356.306
Từ công thức trên, ADE9153a tính toán
𝑆 𝑐𝑜𝑠∅ PT 2.1 Ở đây ta có thể lấy trực tiếp giá trị hiệu dụng P và S sau đó chia ra để lấy hệ số công suất Tuy hiên vì cảm biến ADE9153a hỗ trợ tính toán hệ số công suất rồi nên ta có thể đọc giá trị thanh ghi và tính toán lại công thức trên
2.1.4 Chức năng tự động hiệu chỉnh – mSure autocalibration trên ADE9153a
2.1.4.1 Chức năng tự động hiệu chỉnh mSure autocalibration
Nhà sản xuất thiết bị gốc kiểm tra và hiệu chỉnh phần cứng tại nhà máy để đảm bảo thiết bị đáp ứng một loạt các tiêu chí về độ chính xác và hiệu suất, theo yêu cầu của các tiêu chuẩn khác nhau hiện hành ở các khu vực địa lý khác nhau Nhưng sau khi lắp đặt, đồng hồ đo được triển khai trong môi trường công nghiệp, thành phố và khu dân cư phải chịu các điều kiện khác nhau theo thời gian, bao gồm thời tiết khắc nghiệt, tải trọng không thể đoán trước, sét đánh, v.v Do đó, độ chính xác đo lường của đồng hồ có thể bị lệch hoặc thay đổi, dẫn đến thanh toán thừa hoặc thanh toán thiếu, điều này có nghĩa là cần phải dành thời gian và tiền bạc để khắc phục sự cố dẫn đến thay vì bắt lỗi ngay sau đó hoặc thậm chí trước khi nó xảy ra Tệ hơn nữa, điều đó có nghĩa là lòng tin của khách hàng đối với công ty điện nước sẽ mất đi nếu họ bị đồng hồ điện tính tiền không chính xác Ngày nay, hầu hết các công ty tiện ích đều bắt đầu kiểm tra mẫu định kỳ và thay thế đồng hồ theo khoảng thời gian đều đặn, phương pháp vừa tốn kém vừa gây ảnh hưởng đến người tiêu dùng năng lượng
Hình 2.13: Vòng lặp mở điển hình của các thiết bị [3]
Analog Devices đã phát triển một giải pháp nhằm giải quyết vấn đề trên – công nghệ mSure, tự động hiệu chỉnh sai số tích hợp ngay trong cảm biến đo lường của hãng mà không cần dùng đến đồng hồ đo tham chiếu Hệ thống cung cấp khả năng giám sát liên tục về độ chính xác của toàn bộ chuỗi và không can thiệp vào phép đo thông thường trên dữ liệu năng lượng
Hình 2.14: Vòng lặp đóng với công nghệ mSure [3] Để kiểm tra độ chính xác của công nghệ mSure, hãng Analog Devices với sự hợp tác của Helen Electrical Network (nhà điều hành hệ thống phân phối ở Helsinki, Phần Lan) và Aidon (nhà cung cấp dịch vụ và công nghệ đo lường thông minh và lưới điện thông minh đã được thành lập ở Bắc Âu), một thử nghiệm thực địa đã được thực hiện bằng cách sử dụng Energy Analytics Studio, một giải pháp phân tích đồng hồ đo hiện đại của Analog Devices, tiên tiến nhất trên nền tảng đám mây của thiết bị sử dụng công nghệ mSure®
Với dịch vụ phân tích dựa trên đám mây, Helen Electrical Network có khả năng hiển thị thông tin về độ chính xác của đồng hồ đối với 40 thiết bị đánh giá sử dụng mSure được triển khai tại hiện trường từ tháng 8 năm 2018 VTT/MIKES, một nhà thử nghiệm độc lập ở Phần Lan, đã tiến hành xác nhận tính chính xác của các thiết bị này Giai đoạn 1, trong đó 19 thiết bị hoạt động đã được đưa ra khỏi hiện trường để kiểm tra độ chính xác, đã kết thúc vào tháng 10 năm 2018 Giai đoạn 2, trong đó 19 thiết bị tương tự đã được VTT/MIKES kiểm tra lâu dài, đã được kết thúc vào tháng 11 năm 2019 Trong giai đoạn 2, các đồng hồ được phép già đi trong 8 tháng trong môi trường gia tốc mô phỏng khoảng 10 năm trên thực địa ở nhiệt độ môi trường trung bình 30°C Giai đoạn 2 được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát, trái ngược với hiện trường, để đánh giá chính xác hiệu suất của dịch vụ phân tích và để tăng tốc quá trình lão hóa cho lô máy đo nhỏ này [4] Kết quả từ độ lệch được công bố bởi VTT/MIKES và dịch vụ phân tích sau giai đoạn 2 được thể hiện trong Hình 2.15
Hình 2.15: Phân bố độ sai lệch của các thiết bị giai đoạn 2 [4]
Hình 2.16: Sự khác biệt trên mỗi thiết bị giữa phân tích và độ sai lệch VTT đổi với các thiết bị giai đoạn 2 [4]
Phương thức truyền thông cho thiết bị
2.2.1 Giao tiếp với IC ADE9153a
Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn đồng độ nối tiếp có khả năng truyền dữ liệu ở chế độ song công, tức là trong cùng một thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận
Hình 2.22: Chuẩn giao tiếp SPI
Chuẩn sử dụng kết nối 4 dây
MOSI đầu ra master, đầu vào slave
MISO đầu ra slave, đầu vào master
Thiết bị tạo tín hiệu đồng hồ được gọi là master Dữ liệu được truyền giữa master và slave được đồng bộ hóa với clock do master tạo ra Giao diện SPI có một master và có thể có một hoặc nhiều slave
Tín hiệu chọn chip từ bản gốc được sử dụng để chọn slave Đây thường là tín hiệu thấp hoạt động và được kéo lên cao để ngắt kết nối slave khỏi bus SPI Khi nhiều slave được sử dụng, một tín hiệu chọn chip riêng lẻ cho mỗi slave được yêu cầu từ master
MOSI và MISO là các dòng dữ liệu MOSI truyền dữ liệu từ master đến slave và MISO truyền dữ liệu từ slave đến master
Truyền dữ liệu Để bắt đầu của giao tiếp SPI, master phải gửi tín hiệu đồng hồ và chọn slave bằng cách bật tín hiệu CS Thông thường chọn chip là tín hiệu hoạt động thấp, do đó master phải gửi logic 0 trên tín hiệu này để chọn slave SPI là kết nối song công hoàn toàn, cả master và slave đều có thể dử dữ liệu cùng một lúc thông qua các dòng MOSI và MISO tương ứng và đồng thời Cạnh xung đồng hồ quy định lúc nào lẫu mẫu lúc nào dịch bit dữ liệu tuân theo các mode của SPI
Các chế độ hoạt động SPI: 4 mode
Hình 2.23: Các mode của chuẩn SPI
Trong SPI, master có thể chọn cực của đồng hồ và pha đồng hồ Bit CPOL đặt cực tính của tín hiệu đồng hồ trong trạng thái không hoạt động Trạng thái không hoạt động được định nghĩa là khoảng thời gian khi CS ở mức cao và chuyển sang mức thấp khi bắt đầu truyền và khi CS ở mức thấp và chuyển sang mức cao khi kết thúc quá trình truyền Bit CPHA chọn pha đồng hồ Tùy thuộc vào bit CPHA, cạnh đồng hồ tăng hoặc giảm được sử dụng để lấy mẫu hoặc dịch chuyển dữ liệu Master phải chọn cực của đồng hồ và pha đồng hồ, theo yêu cầu của slave Tùy thuộc vào lựa chọn bit CPOL và CPHA, bốn chế độ SPI
Hình 2.24: Chế độ SPI 0, CPOL = 0, CPHA = 0: Trạng thái không hoạt động CLK = thấp, dữ liệu được lấy mẫu ở cạnh tăng và dịch chuyển trên cạnh rơi
Hình 2.25: Chế độ SPI 1, CPOL = 0, CPHA = 1: Trạng thái không hoạt động CLK = thấp, dữ liệu được lấy mẫu trên cạnh rơi và dịch chuyển trên cạnh tăng
Hình 2.26: Chế độ SPI 2, CPOL = 1, CPHA = 1: Trạng thái không hoạt động CLK = cao, dữ liệu được lấy mẫu trên cạnh rơi và dịch chuyển trên cạnh tăng
Hình 2.27: Chế độ SPI 3, CPOL = 1, CPHA = 0: Trạng thái không hoạt động CLK = cao, dữ liệu được lấy mẫu ở cạnh tăng và dịch chuyển trên cạnh rơi
Giao tiếp SPI với ADE9153a
ADE9153A có giao diện tương thích với giao diện Serial Peripheral Interface (SPI), bao gồm bốn chân: SCLK, MOSI, MISO và SS ADE9153A luôn là slave SPI; nó không bao giờ bắt đầu giao tiếp SPI
Hình 2.28: Kết nối giữa ADE9165a slave với thiết bị master
Một số thông số giao tiếp SPI ADE9153a
Luôn là slave, không cần khởi tạo kết nối
Xung clock hỗ trợ tối đa 10MHz
Khung bản tin SPI giao tiếp cảm biến
Hình 2.29: Tiêu đề lệnh bản tin SPI với ADE9153a
Phần đầu khung bản tin là tiêu đề lệnh điều khiển gồm 16 bit với địa chỉ thanh ghi trong ADE9153a là từ bit [15 – 4], sau đó là 1 bit đọc hay ghi dữ liệu, và 3 bít cuối không quan tâm được xem là thời gian xử lý của ADE9153a tiếp sau đó là dữ liệu đọc hay ghi của cảm biến
Hình 2.30: Frame truyền ghi dữ liệu ADE9153a
Hình 2.31: Frame truyền đọc dữ liệu ADE9153a
2.2.2.1 Lựa chọn phương thức truyền thông
Với một sản phẩm như ổ cắm, khi mà vị trí không cố định, người dùng có thể tùy ý đem đến bất kì chỗ nào để cắm thì truyền thông có dây là hết sức hạn chế và không khả thi Bên cạnh đó là sự tiện lợi và an toàn trong môi trường bệnh viện như đã nêu ở các mục trên Vì vậy, chúng ta lựa chọn truyền thông không dây nhằm mục đích tiện lợi, gọn gàng, dễ dàng di chuyển và phù hợp với xu hướng phát triển hiện nay
Trong điều kiện thực tế, sản phẩm sẽ cần một mạng truyền thông có thể mở rộng, thiết bị kết nối với 1 thiết bị trung tâm như ở sơ đồ Hình 1.1 để gửi dữ liệu lên sever hoặc tự bản thân thiết bị gửi lên Trong 3 cấu trúc mạng sao, mạng hình cây và mạng mesh, thì mạng mesh là thích hợp nhất với yêu cầu Để người dùng có thể cập nhật được từ xa thì lựa chọn Wi-Fi mesh nhằm đẩy dữ liệu lên server là mạng khả dĩ nhất có thể dùng, ta có thể áp dụng phương thức truyền thông bằng Wi-Fi ở từng thiết bị hoặc ở thiết bị trung tâm Ngoài ra, ta có thể lựa chọn truyền thông tin trực tiếp đến thiết bị người dùng hoặc truyền thông tin của các thiết bị con đến thiết bị trung tâm, sau đó mới đưa dữ liệu lên server Bên cạnh đó, kết nối Wi-Fi trong một số trường hợp không ổn định có thể dẫn đến dữ liệu truyền đi bị ngắt quãng, gây nên thiếu hay sai sót dữ liệu Do đó, một phương thức truyền thông không dây thứ hai là cần thiết Trong trường hợp này thì BLE, đặc biệt là BLE 5.0 là thích hợp nhất nhờ tiêu thụ năng lượng cực thấp, khoảng cách truyền đủ và tương thích với các thiết bị điện tử của người dùng
Wi-Fi hay IEEE 802.11 được phát triển bởi mục đích cung cấp kết nối không dây với các thiết bị yêu cầu cài đặt nhanh, chẳng hạn như máy tính di động, hoặc nói chung là các thiết bị di động bên trong mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network WLAN) Nó định nghĩa các thủ tục MAC để truy cập phương tiện vật lý, có thể là hồng ngoại hoặc tần số vô tuyến Tính di động được xử lý ở lớp MAC, vì vậy việc phân phối giữa các ô liền kề là trong suốt đối với các lớp được xây dựng trên đầu thiết bị IEEE 802.11
Wi-Fi là tiêu chuẩn mạng máy tính không dây được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới IEEE 802.11 được sử dụng trong hầu hết các mạng gia đình và văn phòng để cho phép máy tính xách tay, máy in, điện thoại thông minh và các thiết bị khác giao tiếp với nhau và truy cập Internet mà không cần kết nối dây Các tiêu chuẩn được tạo ra và duy trì bởi Ủy ban Tiêu chuẩn của Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE) (IEEE 802) Phiên bản cơ sở của tiêu chuẩn được phát hành vào năm 1997 và đã có những sửa đổi sau đó Mặc dù mỗi sửa đổi chính thức bị thu hồi khi nó được đưa vào phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn, thế giới và doanh nghiệp có xu hướng tiếp thị các sửa đổi vì chúng biểu thị chính xác các khả năng của sản phẩm của họ Kết quả là, trên thị trường, mỗi bản sửa đổi có xu hướng trở thành tiêu chuẩn riêng IEEE 802.11 sử dụng các tần số khác nhau không giới hạn ở các dải tần 2,4 GHz,
Hình 2.32: Tổng quan mạng mesh 802.11s
Truyền đơn, đa điểm với MBSS (mesh base service set)
Mỗi node: (Mesh STA) có khả năng kết nối với nhau qua mạng mesh, nhưng không kết nối ra ngoài được
Vì vậy, để có tính tương thích với chuẩn wifi truyền thống thì tích hợp 802.11 & 802.11s
Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs)
Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m Khác với kết nối hồng ngoại, (kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng giải tần 2,4 GHz Thuật ngữ "Bluetooth" (có nghĩa là "răng xanh") được đặt theo tên của một vị vua Đan Mạch, vua Harald Bluetooth, người Viking nổi tiếng về khả năng giúp mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với nhau Vào thế kỷ thứ 10, chính vị vua này đã mang đạo Tin lành vào Đan Mạch trong khi Ericsson là công ty đầu tiên phát triển đặc tả cho công nghệ hiện đang ngày càng thông dụng trong cuộc sống hiện đại
Bluetooth Low Energy là một tiêu chuẩn Bluetooth tương đối mới được
"định danh" bởi SIG (Bluetooth Special Interest Group) với trọng tâm cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng khi truyền dữ liệu BLE có nhiều khả năng và được triển khai trong một loạt các lĩnh vực như sức khỏe, thể dục, bảo mật, tự động hóa gia đình, giải trí gia đình, công nghiệp thông minh và IoT (Internet of Things)
Trong khi Bluetooth thông thường thích hợp để xử lý, truyền và trao đổi một lượng lớn dữ liệu (ví dụ như trong âm thanh, video), tuy nhiên, nó sẽ tiêu tốn nhiều điện năng hơn và có giá thành đắt hơn thì công nghệ BLE phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu chuyển một lượng lớn dữ liệu, do đó có thể chỉ khôi phục một số ít thông tin dữ liệu Và cũng nhờ thế mà thiết bị có thể chạy bằng năng lượng pin trong nhiều năm với chi phí thấp hơn Bluetooth vì nó không yêu cầu kết nối liên tục
BLE được thiết kế để hoạt động với công suất rất thấp Truyền dữ liệu hơn
Kết luận chương
Ở chương này, em đã đi tìm hiểu về các phần lý thuyết liên quan đến việc thiết kế thiết bị giám sát không can thiệp như phần cảm biến và truyền thông, từ đó lựa chọn cảm biến ADE9153a và phương thức truyền thông gồm BLE và Wi-
Fi Từ các phần lý thuyết và lựa chọn này, em có thể đi vào phần thiết kế thiết bị ở chương sau.
TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ
Thiết kế khối cảm biến
Cảm biến ADE9153 hoàn toàn có thể sử dụng cho thiết bị tiêu thụ công suất lớn như máy cộng hưởng từ hay máy chụp X-quang, tùy thuộc vào lựa chọn dải đo và chuẩn hóa tín hiệu Nhưng với điều kiện an toàn và phù hợp với thiết kế nhỏ gọn, dễ triển khai, phù hợp mạch đóng ngắt thiết bị và các tiêu chuẩn nghiêm ngặt thì ở đây em lựa chọn thiết kế thiết bị sử dụng cho máy móc tiêu thụ dòng điện dưới 10A, tương ứng với công suất tối đa 2200W
Như đã trình bày ở mục 2.1.3.1, Kênh A là phù hợp để đo dòng Ta sử dụng một điện trở shunt để lấy đầu vào cho kênh đo dòng A (IAP, IAN) 2 chân đo dòng ở kênh B không sử dụng, nối trực tiếp với nhau (IBP, IBN)
Tính toán các thông số kênh A
Công thức tính giá trị điện trở shunt:
1𝑉: giá trị tối đa đầu vào ADC kênh A
𝐴𝐼_𝑃𝐺𝐴𝐺𝐴𝐼𝑁: giá trị bộ khuếch đại kênh A
𝐴𝐼 : khoảng dự trữ của kênh A tính từ tối đa, bằng 4
𝐼 : giá trị tối đa IRMS đầu vào, bằng 10A
Vậy ta có giá trị R shunt:
4 10 √2 Với mục đích thiết kế nhiều thang đó khác nhau, ta có thể thay đổi giá trị AI_PGAGAIN Ta chọn với hệ số khuếch đại bé nhất là 16 để đảm bảo đầu vào ADC trong khoảng cho phép Với hệ số AI_PGAGAIN = 16 thì:
Có một sự cân bằng đối với các giá trị AI_PGAGAIN và R shunt: độ khuếch đại nhỏ hơn và/hoặc shunt lớn hơn làm tăng hiệu suất mSure và độ khuếch đại lớn hơn và/hoặc shunt mạch nhỏ hơn làm giảm tiêu hao điện năng Giá trị của R shunt được tính theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất, có nghĩa là
AIHEADROOM chính xác có thể được tính bằng cách sử dụng công thức:
Ta dùng điện trở chia áp để lấy đầu vào cho kênh đo điện áp (VAN, VAP)
Tổng trở kháng của bộ chia tỉ lệ không được