Thiết kế bộ đo và thu thập dữ liệu công tơ điện tử một pha

Hiện nay trong ngành điện lực, thiết bị đo đếm chủ yếu phục vụ cho quá trình mua bán điện chính là công tơ cơ. Sau một thời gian dài được sử dụng, phương án sử dụng công tơ cơ này bộc lộ khá nhiều nhược điểm như: quá trình thu thập dữ liệu điện tiêu thụ tốn nhiều thời gian và nhân công…Trong thời gian gần đây, đã có một vài đơn vị trong nước thiết kế và chế tạo thành công công tơ điện tử. Bước đầu đưa vào sử dụng nó đã thể hiện được khá nhiều ưu điểm vượt trội so với công tơ cơ. Tuy nhiên thiết bị công tơ điện tử vẫn còn rất mới mẻ và cần được hoàn thiện hơn nữa. Mặt khác là sinh viên ngành Điện tử Viễn thông, với mong muốn nghiên cứu và chế tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, đồng thời được sự gợi ý của Thầy giáo hướng dẫn nên trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này, nhóm tác giả đã chọn đề tài “THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ MỘT PHA”. Nội dung đồ án gồm có 4 chương: Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG TƠ ĐIỆN Chương 2: TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀIPhương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài là tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán, thi công lắp ráp và kiểm tra hoạt động của hệ thống.Sau quá trình thiết kế và thi công cả phần cứng lẫn phần mềm, quá trình thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động hệ thống đã hoạt động đúng theo ý tưởng thiết kế ban đầu. Sai số của Công tơ ở mức 3%. Hệ thống Công tơ điện tử có thể truyền nhận dữ liệu qua sóng RF ở khoảng cách khoảng 15m khi có vật cản.

LỜI CAM ĐOAN

 -  - 

Em tên là: NGUYỄN PHÚ LÂM, sinh viên lớp 09DT2, Khoa Điện tử- Viễnthông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

Em cam đoan rằng Đồ án này là do chính em thực hiện, không sao chép từ bất cứ

đồ án, đề tài nghiên cứu khoa học nào đã có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu mọihình thức kỷ luật của Khoa

Đà nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Phú Lâm

Trang 1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

LỜI MỞ ĐẦU 10

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ 12

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG TƠ ĐIỆN 13

1.1 Giới thiệu chương 13

1.2 Công suất và năng lượng trong mạch điện xoay chiều 13

1.3 Giới thiệu về công tơ điện 14

1.3.1 Các loại công tơ điện trên thị trường 15

Công tơ cơ học 1 pha của EMIC 15

1.3.2 Các ưu, nhược điểm của công tơ cơ 16

1.4 Giới thiệu về công tơ điện tử 1 pha 16

1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý đo đếm điện năng 17

1.4.2 Ưu điểm của công tơ điện tử 18

1.5 Mục tiêu đặt ra của đề tài 18

1.6 Ý tưởng thực hiện đề tài 19

1.6.1 Ý tưởng thực hiện bộ đo 19

1.6.2 Ý tưởng thực hiện bộ thu thập dữ liệu 20

1.7 Lý thuyết về hiệu ứng Hall 21

1.8 Nhiễu và các cách triệt nhiễu trong mạch điện tử 22

1.8.1 Nhiễu trong mạch điện tử 22

1.8.2 Triệt nhiễu trong hệ thống điện tử 24

1.8.2.2 Triệt nhiễu cách chung 24

1.12 Kết luận chương 31

Trang 2

Chương 2 TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI 33

2.1 Giới thiệu chương 33

2.2 Vi điều khiển MSP430 33

2.2.1 Tổng quan về dòng vi điều khiển MSP430 33

2.2.2 Không gian địa chỉ 34

2.2.2.1 Flash/ROM 35

2.2.2.2 RAM 35

2.2.2.3 Những khối ngoại vi 35

2.2.2.4 Những thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) 35

2.2.3 Giới thiệu vi điều khiển MSP430F6736 36

2.3 Giới thiệu LCD 16x2 36

2.4 Giới thiệu về EEPROM 24C64 37

2.4.1 Các đặc điểm chính 37

2.4.2 Mô tả chân và chức năng 37

Bảng 2.1 Chân và chức năng EEPROM 37

2.5 Giới thiệu IC cảm biến dòng ASC712 37

Bảng 2.2 Chức năng các chân của cảm biến dòng ASC712 38

2.5.2 Các đặc điểm chính của IC cảm biến dòng ASC712 38

2.6 Giới thiệu module RF24L01 39

Bảng 2.3 Chân và chức năng của module nRF24L01 40

Các đặc điểm chính 40

2.7 Kết luận chương 40

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 42

3.1 Giới thiệu chương 42

3.2 Thiết kế phần cứng 42

3.2.1 Thiết kế bộ đo công tơ điện tử một pha 42

Trang 3

3.2.1.1 Thiết kế khối trung tâm 42

3.2.1.2 Thiết kế khối hiển thị 43

3.2.1.3 Thiết kế khối EEPROM và khối RF 44

3.2.1.4 Thiết kế kênh đo điện áp 45

3.2.1.5 Thiết kế kênh dòng điện 46

3.2.1.6 Thiết kế mạch nguồn 47

3.2.2 Thiết kế bộ thu thập dữ liệu 51

3.2.2.1 Sơ đồ mạch điện 51

3.2.2.2 Tính toán thiết kế 51

3.3 Thiết kế phần mềm 53

3.3.1 Nhiệm vụ của phần mềm 53

3.3.2 Thiết kế phần mềm cho bộ đo Công tơ điện tử 54

3.3.2.1 Ý tưởng đo công suất tức thời của thiết bị điện 54

3.3.2.2 Ý tưởng đo điện năng tiêu thụ của thiết bị 55

3.3.2.3 Sơ đồ thuật toán chương trình chính 57

3.3.2.4 Các chương trình con quan trọng 59

3.3.2.5 Thủ thuật phần mềm để khắc phục lỗi phần cứng 65

3.3.3 Thiết kế phần mềm bộ thu thập dữ liệu 66

3.4 Thi công 66

3.4.1 Thi công bộ đo Công tơ điện tử một pha 66

3.4.2 Thi công bộ thu thập dữ liệu 67

3.5 Kết luận chương 68

Chương 4 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 69

4.1 Giới thiệu chương 69

4.2 Kiểm tra hệ thống 69

Trang 4

4.3 Kết luận và hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 73

Trang 5

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADC Analog-to- Digital Converter

CPU Central Processor Unit

CTĐT Công tơ điện tử

DAC Digital-to- Analog Converter

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only MemoryI2C Inter Intergrated Circuit

IC Intergrated Circuit

LCD Liquid Crystal Display

MCU Micro Controller Unit

RAM Random Access Memory

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Công tơ cơ 1 pha 15

Hình 1.2: Cấu tạo của công tơ cơ 1 pha 15

Hình 1.3 Công tơ điện tử 1 pha DT01P-RF 17

Hình 1.4 Sơ đồ khối cấu tạo của Công tơ điện tử 1 pha DT01P-RF 17

Hình 1.5 Sơ đồ khối của bộ đo 19

Hình 1.6 Sơ đồ khối của bộ thu thâp dữ liệu 20

Hình 1.7: Nguyên lý hiệu ứng Hall khi chưa có từ trường (a) và khi có từ trường (b) 21

Hình 1.8 Nhiễu trong mạch điện tử 22

Hình 1.9 Nhiễu vi sai 23

Hình 1.10 Nhiễu cách chung 23

Hình 1.11 Cách sử dụng tụ lọc để triệt nhiễu vi sai 24

Hình 1.12 Hoạt động và cấu tạo của cuộn cảm bẫy 24

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của nguồn ổn áp tuyến tính 25

Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động của IC nguồn ổn áp xung H34063 26

Hình 1.15 Mạch nguồn ổn áp xung sử dụng IC H34063 27

Hình 1.16 Dạng tín hiệu mạch nguồn ổn áp xung ở chế độ hoạt động liên tục 28 Hình 1.17 Mạch nguyên lý của nguồn ổn áp xung 29

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển MSP430F673xIPN 34

35

Hình 2.2 Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển MSP430 35

Hình 2.3 LCD 16x2 36

Hình 2.4 Module IC cảm biến dòng ASC712 38

Hình 2.5 Cấu trúc của IC ASC712 38

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý module nRF24L01 39

Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện khối trung tâm 42

Hình 3.2 Mạch reset khối trung tâm 43

Hình 3.2 Sơ đồ mạch khối hiển thị 43

Trang 7

Hình 3.3 Sơ đồ mạch khối EEPROM và khối RF 44

Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện kênh điện áp 45

Hình 3.5 Sơ đồ cầu phân áp dùng cho kênh đo điện áp 45

Hình 3.6 Sơ đồ mạch kênh dòng điện 46

Hình 3.7 Mạch nguồn ổn áp xung sử dụng IC H34063 48

Hình 3.8 Mạch nguồn ổn áp tuyến tính sử dụng IC LM1117 50

Hình 3.9 Sơ đồ mạch điện module cầm tay 51

Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện khối nguồn bộ thu thập dữ liệu 51

Hình 3.11 Sơ đồ các nút ấn ngoại vi bộ thu thập dữ liệu 52

Hình 3.12 Ý tưởng đo điện năng tiêu thụ 54

Hình 3.13 Quan hệ lượng giác biện luận phương pháp tìm góc pha 55

Hình 3.14 Mô hình theo thời gian của chương trình chính 56

Hình 3.15 Sơ đồ thuật toán của chương trình chính 57

Hình 3.16 Sơ đồ thuật toán của chương trình capture_sample 58

Hình 3.17 Sơ đồ thuật toán của chương trình system_process 58

Hình 3.18 Ý tưởng tìm góc lệch pha sai với tín hiệu thực tế 59

Hình 3.19 Cải tiến thuật toán để áp dụng ý tưởng tìm pha vào tín hiệu thực tế 60

Bảng 3.1 Khảo sát 100 mẫu của thuật toán tìm góc pha sau cải tiến 61

Hình 3.20 Cách lấy 20 tọa độ đỉnh của tín hiệu điện áp 61

Hình 3.21 Đồ thị kiểm tra hàm tìm góc lệch pha với máy đo chuẩn 62

Hình 3.23 Nội suy tọa độ đỉnh sai nếu thực hiện với nửa chu kỳ nguyên vẹn 63

Hình 3.24 Phát hiện và loại bỏ bán kỳ không toàn vẹn, thực hiện nội suy trên bán kỳ nguyên vẹn cho độ chính xác cao 64

Hình 3.25 Sơ đồ thuật toán chương trình tìm tọa độ đỉnh dòng 64

Hình 3.26 Sơ đồ thuật toán chương trình tìm tọa độ đỉnh áp 65

Hình 3.27 Sơ đồ thuật toán bộ thu dữ liệu 66

Hình 3.28 Mạch hoàn chỉnh bộ đo Công tơ điện tử một pha 67

Hình 3.29 Mạch thực tế của module thu dữ liệu 67

Trang 8

Trang 9

LỜI MỞ ĐẦU

 -  - Hiện nay trong ngành điện lực, thiết bị đo đếm chủ yếu phục vụ cho quátrình mua bán điện chính là công tơ cơ Sau một thời gian dài được sử dụng,phương án sử dụng công tơ cơ này bộc lộ khá nhiều nhược điểm như: quá trình thuthập dữ liệu điện tiêu thụ tốn nhiều thời gian và nhân công…Trong thời gian gầnđây, đã có một vài đơn vị trong nước thiết kế và chế tạo thành công công tơ điện tử.Bước đầu đưa vào sử dụng nó đã thể hiện được khá nhiều ưu điểm vượt trội so vớicông tơ cơ Tuy nhiên thiết bị công tơ điện tử vẫn còn rất mới mẻ và cần được hoànthiện hơn nữa Mặt khác là sinh viên ngành Điện tử- Viễn thông, với mong muốnnghiên cứu và chế tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, đồng thời được sựgợi ý của Thầy giáo hướng dẫn nên trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này, nhóm tácgiả đã chọn đề tài “THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CÔNG TƠĐIỆN TỬ MỘT PHA” Nội dung đồ án gồm có 4 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG TƠ ĐIỆN

Chương 2: TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài là tính toán thiết kế mạch, xâydựng các lưu đồ thuật toán, thi công lắp ráp và kiểm tra hoạt động của hệ thống.Sau quá trình thiết kế và thi công cả phần cứng lẫn phần mềm, quá trình thử nghiệmcho thấy hệ thống hoạt động hệ thống đã hoạt động đúng theo ý tưởng thiết kế banđầu Sai số của Công tơ ở mức 3% Hệ thống Công tơ điện tử có thể truyền nhận dữliệu qua sóng RF ở khoảng cách khoảng 15m khi có vật cản

Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sựgóp ý của thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn

Trang 10

Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện tử-Viễn thông,đặc biệt là Th.S Nguyễn Văn Phòng đã hỗ trợ và tận tình hướng dẫn để chúng tôihoàn thành tốt đồ án này.

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Đà nẵng, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

Trang 11

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

1 Phần chung

- Tìm hiểu lý thuyết về công tơ điện tử

- Viết báo cáo, làm slide

- Đo đạc kiểm tra tổng thể

2 Phần riêng

• Nguyễn Phú Lâm

- Thiết kế thi công module thu thập dữ liệu

- Viết chương trình giao tiếp RF

- Viết chương trình cho module thu thập dữ liệu

• Trần Quốc Việt

- Tìm hiểu lý thuyết về mạch nguồn, thiết kế mạch nguồn xung Buck

- Tìm hiểu lý thuyết về nhiễu và triệt nhiễu trong hệ thống điện tử, áp dụng vào mạch điện tử của CTĐT

- Xây dựng và viết chương trình tìm góc lệch pha, tìm tọa độ đỉnh tín hiệu

- Viết chương trình đo đếm điện năng và các thông số của CTĐT

- Xử lý số liệu, khắc phục sai số hệ thống

• Lê Công Hồng

- Tìm hiểu lý thuyết công tơ cơ, trình bày báo cáo

- Thiết kế thi công bộ đo, vẽ layout các khối

- Viết chương trình hiển thị LCD, giao tiếp EEPROM

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG TƠ ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chương

Trong cuộc sống hiện nay, năng lượng điện có vai trò cực kỳ quan trọng, nó

là xương sống trong mọi lĩnh vực công nghệ hiện đại Đi liền với nó là đo lườngđiện, mà trong đó công tơ điện là một thiết bị quan trọng để đo đếm năng lượngđiện, phục vụ cho quá trình mua bán điện Chương này chúng tôi sẽ trình lý thuyết

về công suất và năng lượng trong mạch điện xoay chiều một pha (mục 1.2), giớithiệu tổng quan về công tơ điện (mục 1.3), khái niệm công tơ điện là gì, phân loại

và nêu ưu nhược điểm của mỗi loại công tơ điện hiện nay Rồi từ đó đưa ra ý tưởngthực hiện đề tài, đồng thời trình bày các lý thuyết liên quan được vận dụng trongquá trình thiết kế

1.2 Công suất và năng lượng trong mạch điện xoay chiều

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi chỉ giới thiệu lý thuyết công suất và năng lượngtrong mạch điện xoay chiều một pha

•Công suất trong mạch điện xoay chiều có thể biểu diễn bằng biểu thức sau:

S= P+ jQTrong đó: + S là công suất biểu kiến

+ P là công suất tác dụng

+ Q là công suất phản kháng của mạch

- Công suất tác dụng P được dùng để xác định năng lượng điện tiêu thụ trong quátrình mua bán điện, còn thành phần công suất phản kháng Q thường được dùng đểđánh giá mức độ hiệu quả của các thiết bị điện

- Công suất tác dụng trong mạch xoay chiều một pha được xác định như là giá trịtrung bình của công suất trong một chu kỳ T:

- Trong trường hợp khi điện áp và dòng điện có hình sin thì công suất tác dụng đượctính là :

P UI= cosϕ (1.2)

Trong đó: + U, I là các giá trị điện áp và dòng điện hiệu dụng trên tải

+ cosϕ là hệ số công suất

- Khi hệ số công suất bằng 1(khi tải là thuần trở) => công suất tác dụng sẽ bằng vớicông suất biểu kiến

• Năng lượng trong mạch xoay chiều một pha:

- Năng lượng trong mạch xoay chiều một pha được tính theo biểu thức sau đây:

+ t= t2- t1 là khoảng thời gian tiêu thụ điện

Hiện nay, công tơ điện là thiết bị đo năng lượng điện xoay chiều phổ biếnnhất Nguyên lý cấu tạo của nó dựa trên cơ sở lý thuyết về công suất và năng lượng

đã được trình bày ở trên, sau đây nhóm sẽ giới thiệu kỹ hơn về các loại công tơ điệnhiện nay

1.3 Giới thiệu về công tơ điện

• Khái niệm: Công tơ điện là chiếc cân định lượng điện năng được cung cấp và tiêuthụ, làm cơ sở cho việc thanh toán giữa bên mua và bên bán theo các điều khoản đãđược quy định trong hợp đồng mua bán điện Do đó, có thể nói độ chính xác, tincậy và ổn định trong hoạt động của các công tơ đóng vai trò hết sức quan trọngnhằm đảm bảo quyền lợi cho cả ngành điện và khách hàng trong mua bán điệnnăng

•Phân loại công tơ điện

Dựa vào số pha, có thể chia công tơ điện làm 2 loại:

- Công tơ 1 pha

- Công tơ 3 pha

Dựa vào cấu tạo của công tơ điện, có thể chia làm 2 loại:

- Công tơ cơ học

- Công tơ điện tử

1.3.1 Các loại công tơ điện trên thị trường

Công tơ cơ học 1 pha của EMIC

Hình 1.1: Công tơ cơ 1 pha

Hình 1.2: Cấu tạo của công tơ cơ 1 pha

- Cuộn điện áp: được mắc song song với phụ tải, cuộn này có số vòng dây nhiều,tiết diện dây nhỏ

- Cuộn dòng điện: được mắc nối tiếp với phụ tải, cuộn này có số vòng dây ít, tiếtdiện dây lớn

- Đĩa nhôm: được gắn lên trục, tỳ vào trụ có thể quay tự do giữa 2 cuộn dây và quay

tự do giữa khe hở của nam châm vĩnh cửu

- Hộp số cơ khí: để hiển thị số vòng quay của đĩa nhôm nó được gắn với trục củađĩa nhôm

-Nam châm vĩnh cửu: là bộ phận tạo ra mômen cản khi đĩa nhôm quay trong từtrường của nó.

1.3.2 Các ưu, nhược điểm của công tơ cơ

- Khó tích hợp các công nghệ mới để đo đếm điện năng

- Khi đọc chỉ số công tơ, nhân viên phải leo trụ do đó cần phải có nhiều nhân công

và nhiều thời gian để thu thập dữ liệu của các công tơ, năng suất lao động thấp, và

có thể xảy ra các tai nạn không mong muốn đối với nhân viên

- Khó phát hiện được các hành vi gian lận điện năng

1.4 Giới thiệu về công tơ điện tử 1 pha

Hiện nay, trong nước có một vài đơn vị đã sản suất thành công Công tơ điện tử mộtpha như Tổng công ty cổ phần Thiết bị điện Việt Nam, Công ty cổ phần Thiết bịđiện Vinasino và Công ty Công nghệ thông tin Điện lực miền Trung Trong đó, sảnphẩm Công tơ điện tử 1 pha kiểu DT01P-RF là sản phẩm được sử dụng phổ biếnnhất

Do vậy, trong phạm vi đồ án này chúng tôi sẽ giới thiệu Công tơ điện tử 1 pha kiểuDT01P-RF do Công ty Công Nghệ Thông Tin Điện lực Miền trung sản xuất

Hình 1.3 Công tơ điện tử 1 pha DT01P-RF

1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý đo đếm điện năng

Sơ đồ khối cấu tạo:

Hình 1.4 Sơ đồ khối cấu tạo của Công tơ điện tử 1 pha DT01P-RF

Nguyên tắc đo đếm điện năng:

- Công tơ hoạt động trên lưới điện một pha trực tiếp

A

V

Kênh dòng điện

Kênh điện áp

Vi điều

khiển (MCU)

Khối

đo đếm năng lượng

- Khi công tơ làm việc thì các tín hiệu điện áp và dòng điện được lấy mẫu riêng biệtbằng các khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số MCU sử dụng các dữliệu tức thời này để tính toán các giá trị điện áp, dòng điện, công suất, tính toán vàtích lũy điện năng tiêu thụ, hiển thị lên màn hình LCD, lưu trữ dữ liệu khi cần thiết

- Điện năng tiêu thụ được lưu trữ trong bộ nhớ không xóa, không lập trình, không bịmất dữ liệu khi mất điện

1.4.2 Ưu điểm của công tơ điện tử

So sánh với công tơ cơ, công tơ điện tử có nhiều ưu điểm vượt trội như:

- Độ chính xác công tơ điện tử cao hơn so với công tơ điện cơ, hoạt động tin cậy, ổnđịnh, kết cấu nhỏ gọn, thuận tiện trong việc lắp đặt

- Dễ dàng trong việc lưu trữ, xử lý dữ liệu

- Hỗ trợ đọc chữ số công tơ thông qua sóng RF, do đó giảm chi phí nhân công vàthời gian thu thập dữ liệu điện tiêu thụ từ các công tơ, góp phần hạn chế tai nạn laođộng, hạn chế được những sai sót phát sinh trong quá trình thu thập dữ liệu thủcông

1.5 Mục tiêu đặt ra của đề tài

Dựa vào phân tích các loại công tơ đã trình bày ở trên, chúng ta thấy rằngCông tơ điện tử có những ưu điểm vượt trội so với Công tơ cơ Do đó, với mục đíchnghiên cứu, thiết kế và thi công một thiết bị Công tơ điện tử có các tính năng nổitrội có thể khắc phục các nhược điểm của Công tơ cơ, nhóm đặt ra mục tiêu của đềtài “THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ MỘTPHA” như sau:

• Mục tiêu đối với bộ đo:

- Thiết kế bộ đo có khả năng đo công suất tải 220VAC, dòng tải nhỏ hơn 10A

- Thiết kế bộ đo có khả năng giao tiếp không giây với bộ thu thập dữ liệu

- Thiết kế bộ đo có khả năng gửi các thông số độ lệch pha, công suất tức thời, dòngđiện và điện áp hiệu dụng, tần số điện năng tiêu thụ đến bộ thu thập dữ liệu

- Thiết kế bộ đo hoạt động ổn định và có sai số nhỏ hơn 3%

- Tạo ra bộ đo công tơ điện tử có thể phục cho nghiên cứu và học tập

• Mục tiêu đối với bộ thu thập dữ liệu

- Thiết kế bộ thu thập dữ liệu giao tiếp với bộ đo, nhận các thông số độ lệch pha,công suất tức thời, dòng điện và điện áp hiệu dụng, điện năng tiêu thụ từ bộ đo.

1.6 Ý tưởng thực hiện đề tài

1.6.1 Ý tưởng thực hiện bộ đo

Xuất phát từ công thức P=UIcos(φ), nhóm nhận thấy để tìm được công suất

P thì cần biết ba đại lượng U, I và φ Trong đó, góc lệch pha φ có thể tính được khibiết được dạng tín hiệu của dòng điện và điện áp Vậy phải sử dụng vi điều khiển có

ít nhất hai kênh ADC để thực hiện lấy mẫu u(t) và i(t)

Nhu cầu giao tiếp không dây trong đề tài này có khoảng cách vừa phải nênnhóm quyết định sử dụng module RF để thực hiện chức năng giao tiếp không giây

Từ ý tưởng như trên nhóm đưa ra sơ đồ khối bộ đo Công tơ điện tử như sau:

Hình 1.5 Sơ đồ khối của bộ đo

EEPROM để ghi và đọc giá trị điện năng tiêu thụ, chống mất dữ liệu khi mất điện.Giao tiếp với LCD để hiển thị các thông tin cần thiết cho người sử dụng.

- Khối LCD: Hiển thị chỉ số điện năng tiêu thụ của công tơ

- Khối RF: Là kênh giao tiếp RF của hệ thống, hoạt động ở cả 2 chế độ truyền vànhận

- Khối EEPROM: lưu dữ liệu điện năng tiêu thụ, đảm bảo dữ liệu không bị xóa khimất nguồn cung cấp

- Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

1.6.2 Ý tưởng thực hiện bộ thu thập dữ liệu

Hình 1.6 Sơ đồ khối của bộ thu thâp dữ liệu

Chức năng các khối:

-Khối Vi điều khiển: Là khối xử lý, điều khiển trung tâm của bộ thu thập dữ liệu.Giao tiếp với khối RF để nhận dữ liệu thông qua sóng RF Đồng thời xử lý dữ liệu,hiển thị ra LCD Giao tiếp với khối ngoại vi để người sử dụng có thể điều khiển cácthông tin hiển thị khác nhau

-Khối LCD: Hiển thị các thông tin như mã số công tơ, điện năng tiêu thụ, điện áp,dòng điện định mức, góc lệch pha, tần số điện

-Khối RF: Là kênh giao tiếp RF với bộ đo công tơ điện, hoạt động ở chế độ nhận

-Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho module cầm tay( sử dụng pin 9V).

1.7 Lý thuyết về hiệu ứng Hall

Trong đề tài này, ở kênh đo dòng điện chúng tôi đo dòng điện qua tải bằng cảm biếndòng ASC712 hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, do đó sau đây chúng tôi sẽ giớithiệu về lý thuyết hiệu ứng Hall

•Khái niệm:

- Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từtrường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫnđiện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua Lúc đó ta nhận được hiệuđiện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall Tỷ số giữa hiệuthế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vậtliệu làm nên thanh Hall Hiệu ứng này được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vàonăm 1879

Hình 1.7: Nguyên lý hiệu ứng Hall khi chưa có từ trường (a) và khi có từ trường (b)

- Hình 1.7(a) thể hiện nguyên lý cơ bản của hiệu ứng Hall Nếu một tấm vật liệu bándẫn mỏng (phần tử Hall) có dòng điện chạy qua nó và ta kết nối ngõ ra vuông gócvới chiều của dòng điện, khi không có từ trường đặt vào, sự phân bố dòng sẽ khôngđổi và không có sự khác biệt về điện áp ở ngõ ra

- Khi đặt một từ trường vuông góc vào như hình (b), một lực Lorent tác dụng lêndòng điện Lực này sẽ làm nhiễu loạn sự phân bố dòng điện, kết quả là tạo sự khácbiệt về điện áp ở ngõ ra Điện áp này được gọi là điện áp Hall

Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là:

VH= IB/(den)

Trong đó: + VH là hiệu thế Hall

Đơn vị: Volt (V)

1.8 Nhiễu và các cách triệt nhiễu trong mạch điện tử

Trong bất kỳ một mạch điện tử nào, độ ổn định của mạch luôn là vấn đềđược quan tâm hàng đầu, đặc biệt là trong các hệ thống đo lường, do đó vấn đềchống nhiễu để đảm bảo độ ổn định cho mạch là rất quan trọng Trong phần này,nhóm sẽ giới thiệu lý thuyết về nhiễu và các cách chống nhiễu trong mạch điện tử

để làm cơ sở cho quá trình thiết kế các mạch điện tử trong đề tài

1.8.1 Nhiễu trong mạch điện tử

Nhiễu gồm rất nhiều loại được chia theo nhiều khía cạnh khác nhau, trong đềtài này vì đặc điểm của thiết bị CTĐT được sử dụng trong điều kiện ngoài trời, dễ bịtác động bởi nhiều nguồn nhiễu khác nhau, vậy nên trong đề tài này nhóm sẽ xemxét các nguồn nhiễu dựa trên nguồn gây nhiễu và cách thức tác động của nguồn gâynhiễu đối với hệ thống điện tử

Hình 1.8 Nhiễu trong mạch điện tử

Nếu chia theo nguồn gây nhiễu thì có thể chia nhiễu là làm hai loại như hình 1.8, bao gồm nhiễu vi sai và nhiễu cách chung.

Hình 1.10 Nhiễu cách chung

Loại nhiễu này thường được gây ra bởi các hệ thống điện tử khác đặt lân cận hệ thống điện tử đang xét

1.8.2 Triệt nhiễu trong hệ thống điện tử

1.8.2.1 Triệt nhiễu vi sai

Một phương pháp triệt nhiễu vi sai phổ biến mà được dùng trong hầu hết các

hệ thống điện tử đó là sử dụng tụ điện và cuộn cảm được mắc như hình 1.11

Hình 1.11 Cách sử dụng tụ lọc để triệt nhiễu vi sai

Tụ điện C và cuộn cảm L phải được thiết kế sao cho đối với tần số làm việc bìnhthường của mạch thì dung kháng tụ C rất lớn và cảm kháng của cuộn cảm L rất bécho nên mạch vẫn hoạt động bình thường Đối với tần số nhiễu thì lúc này dungkháng tụ C rất bé còn cảm kháng của cuộn cảm L lớn, lúc đó tụ C được xem như lànối tắt nên tín hiệu nhiễu sẽ qua tụ về điểm mass, còn trở kháng cuộn cảm rất lớn đểcách ly nguồn nhiễu với tải, do đó bảo vệ hệ thống điện tử trước ảnh hưởng củanhiễu

1.8.2.2 Triệt nhiễu cách chung

Trong đề tài này nhóm xin giới thiệu phương pháp triệt nhiễu cách chung sửdụng cuộn cảm bẫy Cấu tạo của cuộn cảm bẫy gồm hai cuộn cảm được ghép cùngchiều và chung lõi như hình sau:

Hình 1.12 Hoạt động và cấu tạo của cuộn cảm bẫy

- Khi hệ thống chịu ảnh hưởng của nhiễu cách chung thì bên trong hai cuộn cảmsinh ra một từ thông cùng chiều, do đó từ thông trong lõi cuộn dây bị biến thiên

mạnh, điều này gây ra một sức điện động lớn đặt vào hai đầu cuộn dây E = Ld

dt

φ

, cónghĩa là trở khảng của cuộn dây khi đó tăng lên rất lớn, do đó toàn bộ năng lượng

do nhiễu gây ra sẽ được đặt hết lên cuộn dây bẫy, do đó bảo vệ được hệ thống điện

tử khỏi ảnh hưởng của nhiễu cách chung

- Khi hệ thống chịu ảnh hưởng của nhiễu vi sai thì bên trong hai cuộn dây sẽ tạo rahai từ thông ngược chiều nhau có độ lớn bằng nhau, hai từ thông ngược chiều sẽtriệt tiêu nhau bên trong lõi chung của hai cuộn dây, do đó hầu như không có sựbiến thiên từ trường nào vậy nên suất điện động đặt vào hai cuộn dây gần như bằngkhông, cảm kháng hai đầu của cuộn dây bằng không, vậy nên không ảnh hưởng gìđến hoạt động của hệ thống điện tử

1.9 Lý thuyết về mạch nguồn

Mạch nguồn là một phần kinh điển trong hệ thống điện tử, để có một hệthống điện tử tốt thì nhất thiết phải có mạch nguồn ổn định Vậy nên ở phần nàynhóm xin giới thiệu những hiểu biết của nhóm về các loại mạch nguồn để từ đó đưa

ra phương án thiết kế nguồn cho CTĐT

1.9.1 Nguồn ổn áp tuyến tính

Đặc điểm:

- Là loại mạch nguồn sử dụng Opamp để ổn định điện áp ngõ ra, Opamp so sánhđược dùng để điều khiển một BJT làm việc ở vùng tuyến tính, khi hoạt động thìOpamp và BJT dường như hoạt động liên lục nên điều này gây công suất tiêu tántrên mạch lớn nhưng bù lại chất lượng điện áp ngõ ra ổn định Nguyên lý hoạt độngcủa loại nguồn này được mô tả như hình dưới

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của nguồn ổn áp tuyến tính

Từ sơ đồ nguyên lý trên ta thấy điện áp ở ngõ vào phải lớn hơn điện áp ngõ ra mongmuốn, trong quá trình hoạt động lượng năng lượng ứng với lượng điện áp chênhlệch này sẻ bị tiêu tán trên mạch regulator, nên nhược điểm của mạch này là tiêu tán

công suất lớn và tỏa nhiều nhiệt.Thường thì điện áp ngõ vào lớn hơn từ 1 đến3VDC so với điện áp ngõ ra mong muốn.

- Các mạch tương tự thường nhạy cảm với nhiễu nên nó yêu cầu nguồn chất lượngtốt, độ ổn định của điện áp ngõ ra càng lớn thì càng tốt, vậy nên với mạch tương tựthì nguồn ổn áp tuyến tính là sự lựa chọn hợp lý Thị trường có cung cấp các ICphục vụ cho kiểu ổn áp này là: LM78xx, LM1117 xx

Ưu điểm:

- Chi phí thấp, dể dàng để sử dụng hơn so với ổn áp xung

- Tạo điện áp ngõ ra ổn định, ít nhiễu

- Thích hợp với các mạch nhạy cảm với nhiễu và công suất thấp như mạch tương tự

Nhược điểm:

- Công suất tiêu tán bởi nhiệt lớn dẫn đến làm giảm thời lượng sử dụng pin của thiết

bị nên nó không thích hợp với những mạch đòi hỏi điện áp cao và dòng lớn

- Đòi hỏi phải tản nhiệt tốt dẫn đến cồng kềnh

- Vì Opamp và BJT phải hoạt động liên tục nên để đảm bảo đáp ứng tốc độ làm việc

đó thì BJT không được ghép kiểu darlington do đó dòng ngõ ra của loại nguồn nàythường nhỏ, nếu muốn có dòng lớn thì ta thường phải ghép thêm mạch rẽ dòng rấtcồng kềnh

1.9.2 Nguồn ổn áp xung Buck

Đặc điểm:

Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động của IC nguồn ổn áp xung H34063

- Về mặt nguyên lý hoạt động thì nguồn ổn áp xung hoạt động tương tự như nguồn

ổn áp tuyến tính, nhưng thay vì điều khiển BJT đóng tắt trực tiếp bằng Opamp so sánh thì nguồn ổn áp xung chỉ cho phép BJT hoạt động khi khi có đủ hai điều kiện

là Opamp Comparator cho phép BJT hoạt động và BJT sẽ hoạt động theo tần số của

khối Oscillator, điều này dẫn tới chất lượng ngõ ra của loại mạch nguồn này không

ổn định như mạch nguồn ổn áp tuyến tính nhưng nó giảm được công suất tiêu tán

Hình 1.15 Mạch nguồn ổn áp xung sử dụng IC H34063

- Nguyên lý chuyển đổi mức điện áp là lưu trữ năng lượng ngõ vào tại một mứcđiện áp ngõ vào xác định A VDC rồi sau đó cung cấp năng lượng tại ngõ ra tại mộtmức điện áp khác B VDC, với B luôn luôn nhỏ hơn A Năng lượng được lưu trữdưới dạng từ trường hoặc điện trường

- Chuyển từ điện áp DC sang dạng xung vuông có tần số bằng tần số khối dao độngbằng cách điều khiển BJT,sau đó đưa xung AC này đến mạch lưu trữ năng lượng

gồm diode, cuộn cảm, tụ điện Mạch này tạo thành nguồn phụ cung cấp điện áp cho

1.9.3 Lựa chọn phương án thiết kế mạch nguồn

Sau khi tiến hành tìm hiểu và giới thiệu hai loại mạch nguồn như đã trình bày

ở trên, nhóm nghiên cứu đưa ra phương án thiết kế mạch nguồn hiệu quả nhất đốivới đề tài

Yêu cầu thiết kế mạch nguồn cho công tơ điện tử phải cung cấp được hai ngõ

ra 3.3VDC và 5VDC, căn cứ vào ưu nhược điểm của hai loại mạch nguồn đã nêu ởchương 2, nhóm đưa ra phương án thiết kế mạch nguồn là:

- Chuyển điện áp AC thành DC: Bằng phương pháp cách ly, đảm bảo an toàn Sửdụng biến áp, cầu diode, tụ nắn chuyển 220VAC/50Hz thành 17VDC

- Chuyển điện áp DC thành DC cho ngoại vi: Để Giảm công suất tiêu tán, đảm bảotuổi thọ của các linh kiện mạch nguồn Điện áp 17DC sẽ được chuyển thành mứcđiện áp DC thấp hơn 5VDC bằng nguồn ổn áp xung Có thể làm được điều này vìmức điện áp 5VDC chỉ dùng cho các thiết bị ngoại vi LCD, LED nên không cầnchất lượng nguồn tốt.

- Chuyển mức điện áp DC sang DC sử dụng cho vi điều khiển: Điện áp 5VDC đượcchuyển thành mức điện áp 3.3VDC bằng loại nguồn ổn áp tuyến tính Nhất thiếtphải làm điều này vì nguồn 3.3VDC cung cấp cho vi điều khiển yêu cầu chất lượngphải tốt để đảm bảo cho bộ SD24 hoạt động chính xác nhất có thể Trong đề tàinhóm sử dụng IC regulator LM1117

1.10 Lý thuyết thiết kế mạch nguồn ổn áp xung Buck

Như đã trình bày ở phần ưu nhược điểm của mạch nguồn ổn áp xung thìnhược điểm của mạch này là khó sử dụng, nên ở phần này nhóm sẽ trình bàynguyên lý hoạt động và thiết kế cho mạch nguồn kiểu này

1.10.1 Chế độ hoạt động mạch nguồn ổn áp xung

Ở đề tài này nhóm chỉ sử dụng chế độ liên tục là chế độ hoạt động mà ở đó dòng qua cuộn cảm (I L) không bao giờ chạm mức 0A trong suốt quá trình làm việc của bộ nguồn Sơ đồ dạng tín hiệu như dưới:

Hình 1.16 Dạng tín hiệu mạch nguồn ổn áp xung ở chế độ hoạt động liên tục

Sơ đồ làm việc nguyên lý của chế độ này như hình.

Hình 1.17 Mạch nguyên lý của nguồn ổn áp xung

Khi mà khóa S đóng, thì điện áp rơi trên cuộn dây V L = −V V i o , dòng qua cuộn dây

tăng dần lên, lúc này diode D phân cực ngược

Khi mà khóa S mở, diode D phân cực thuận, nếu coi sụt áp trên diode là không có thì V L = −V o dòng qua cuộn dây giảm dần.

Năng lượng lưu trữ trong cuộn dây: 1 2

E= LI (1.1)

Do đó, năng lượng được lưu trữ trong khoảng thời gian khóa S đóng, I L tăng năng

lượng tăng và được xã ở ngõ ra của bộ Buck trong khoảng thời gian khóa S mở I L giảm năng lượng giảm

Mặt khác điện áp rơi trên cuộn dây được tính theo công thức: L

V V V

−

∆ = ∫ = (1.3)Tương tự, dòng qua cuộn dây khi S mở được cho bởi công thức:

i

V D V

= (1.5)

Từ (1.5) ta thấy răng V o luôn luôn nhỏ hơn V i, phụ thuộc vào V ovà V i để chọn tần

số làm việc phù hợp cho mạch nguồn Buck

1.10.2 Cách thiết kế linh kiện cho mạch nguồn ổn áp xung Buck

V T

∆

⇒ =

∆ (1.12)

1.11 Lý thuyết về sai số phép đo

Đối với thiết bị đo lường như CTĐT thì việc xác định sai số (độ tin cậy) củathiết bị đo là một nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thực hiện đề tài Sai số củamột thiết bị đến từ nhiều nguyên nhân, trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai số

do dụng cụ đo và sai số trong việc thực hiện đo (phương pháp đo và mức độ cầnthận của người đo) Do vậy kết quả đo thường không chính xác với đại lượng đo

mà luôn luôn tồn tại sai số

Như đã nói ở trên thì sai số phép đo gồm có hai thành phần, sai số hệ thống

có thể không đổi hoặc thay đổi có qui luật và sai số ngẫu nhiên không có qui luật.trong quá trình đo hai loại sai số này xuất hiện đồng thời, nên sai số ∆X được biểudiễn dưới dạng tổng của hai loại sai số đó ∆X = θ + ∆, với θ là sai số hệ thống và ∆

là sai số ngẫu nhiên Để nhận được kết quả đo với sai số ít nhất thì cần thực hiệnnhiều phép đo với một đại lượng đo và thực hiện xử lý kết quả đo.

• Tính toán sai số ngẫu nhiên: dựa vào độ lớn của giá trị đo có thể xác định đượcsai số ngẫu nhiên dựa vào phương pháp toán học thống kê và lý thuyết xác xuất.Nhiệm vụ của việc tính toán sai số ngẫu nhiên là chỉ rõ giới hạn của sai số củakết quả đo khi thực hiện phép đo nhiều lần như vậy phép đo nào có kết quả vớisai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn của phép đo sẽ bị loại bỏ

- Cơ sở toán học: việc tính toán sai số ngẫu nhiên tuân theo luật phân bố chuẩnGauss, nội dung định luật như sau “sai số ngẫu nhiên nếu vượt quá một giớihạn nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ bằng không, do đó phép đo nào cho kếtquả vượt qua giới hạn đó sẽ bị loại bỏ”

- Cách tính sai số ngẫu nhiên:

Xét n phép đo với kết quả thu được là x1,x2 ….xN

+ Tính kỳ vọng toán học của đại lượng đo:

n

(1.13)Chính là giá trị trung bình của n kết quả đo

+ Tính độ lệch kết quả mỗi lần đo so với trị trung bình:

ν = − (1.14)Còn gọi là sai số dư

+ Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên:

∆ss =

2 1

n i i

+ Tính khoảng tin cậy của sai số ngẫu nhiên:

Vì trong đề tài này với mỗi đối tượng đo nhóm tiến hành số phép đo íthơn 20 mẫu nên khoảng tin cậy được tính như sau:

∆’

2 1

n i i

thấy rằng công tơ điện tử có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với công tơ cơ Đồngthời, dựa vào đó nhóm đã xác định các yêu cầu cần thực hiện của đề tài Đưa ra ýtưởng thực hiện ban đầu cho đề tài, ý tưởng thực hiện nhìn chung vẫn bao gồm cáckhối tương tự như sản phẩm của Công ty Công nghệ thông tin Điện lực MiềnTrung Nhưng phương thức thực hiện thì nhóm thực hiện theo phân tích của nhóm

và sẽ được trình bày chi tiết ở các chương sau Sau đó nhóm cũng trình bày về lýthuyết được vận dụng trong quá trình thực hiện đề tài

Chương 2 TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI

2.1 Giới thiệu chương

Trong chương này, chúng tôi xin trình bày lý thuyết về cấu trúc phần cứngcác linh kiện chính sử dụng trong thiết kế như vi điều khiển MSP430 (mục 2.2),màn hình LCD (mục 2.3), EEPROM (mục 2.4), module RF (mục 2.5 )

2.2 Vi điều khiển MSP430

Căn cứ vào yêu cầu của đề tài: vi điều khiển cần có bộ chuyển đổi tương tự sang sốvới độ chính xác cao, có hỗ trợ các chuẩn giao tiếp I2C và SPI, yêu cầu phải tiếtkiệm năng lượng và có giá cả phù hợp nên nhóm đã chọn vi điều khiểnMSP430F6736 thuộc họ Vi điều khiển MSP430 của hãng TI để thực hiện trong đềtài MSP430F6736 là sản phẩm cuối cùng thuộc họ MSP430F67xx, nó cung cấpcác đặc tính mới và thiết kế chuyên biệt hỗ trợ việc đo lường 1 pha, 3 pha.MSP430F6736 hoạt động mạnh mẽ với CPU 25MHz, có bộ chuyển đổi ADC lênđến 24 bit dựa trên cấu trúc sigma-delta là bộ ADC có độ phân giải cao nhất hiệnnay Ngoài ra nó còn hỗ trợ nhiều ngõ vào analog cho phép đo đồng thời trong mộtlần kích khởi Ở các bộ ADC thông thường yêu cầu điện áp cần đo ổn định trongmột khoảng thời gian khá dài, tuy nhiên bộ ADC sigma-delta có bộ lọc nhiễu có thể

đo được các điện áp thay đổi với tần số thấp thích hợp cho việc đo điện áp xoaychiều trong công tơ điện Mặt khác với cấu trúc phần cứng RISC hỗ trợ việc nhân32bit x 32bit, do vậy tăng tốc độ tính toán cho công tơ điện tử

2.2.1 Tổng quan về dòng vi điều khiển MSP430

MSP430 là họ vi điều khiển 16 bits, với các ngoại vi và hệ thống bộ địnhthời linh hoạt được kết nối với nhau theo cấu trúc VON-NEUMANN Đây là một

bộ xử lý hiện đại với các module bộ nhớ tương tự và những kết nối ngoại vi tín hiệu

số, MSP430 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng vớinhiều phiên bản khác nhau

MSP430 có một số phiên bản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx,MSP430x4xx, MSP430x5xx và MSP430x6xx

Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430:

• Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

- Duy trì dòng 0.1µA nuôi RAM

- Duy trì dòng 0.8µA Real- Time Clock

• Bộ chuyển đổi tương tự số hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

- 12 bit hoặc 10 bit ADC

- 12 bit DAC

- 24-bit Sigma-Delta ADCs

• 16 bit RISC CPU cho phép thực hiện nhiều ứng dụng một cách dễ dàng

- Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành

- Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++

- Hỗ trợ nhiều chế độ ngắt khác nhau

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển MSP430F673xIPN

2.2.2 Không gian địa chỉ

Cấu trúc vi điều khiển MSP430 có một không gian nhớ được chia sẽ vớicác thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs), các bộ ngoại vi, RAM, và bộ nhớFlash/ROM được biểu diễn trên hình vẽ 2.2 Việc truy cập mã chương trình luônluôn được thực hiện trên một địa chỉ chẵn Dữ liệu có thể được truy cập như lànhững Byte hay những Word

Hình 2.2 Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển MSP430

2.2.2.1 Flash/ROM

Địa chỉ bắt đầu của Flash/ROM phụ thuộc vào số lượng Flash/ROM hiện có vàthay đổi tùy theo từng loại chip Flash/ROM được sử dụng để lưu chương trình.Những bảng Word hay Byte có thể được cất và sử dụng trong Flash/ROM màkhông cần bảng sao chép tới RAM trước khi sử dụng chúng

2.2.2.2 RAM

RAM có địa chỉ bắt đầu tại 0200h Địa chỉ kết thúc của RAM phụ thuộc vào một

số lượng RAM có và thay đổi tùy thuộc vào từng dòng vi điều khiển RAM được

sữ dụng để lưu trữ dữ liệu hiện hành của chương trình

2.2.2.3 Những khối ngoại vi

Những module giao tiếp ngoại vi được quản lý trong không gian địa chỉ từ0100h tới 01FFh, không gian này chỉ dành riêng cho module ngoại vi 16 bit Khônggian địa chỉ từ 010h tới 0FFh được dành riêng cho module ngoại vi 8 bit

2.2.2.4 Những thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)

Một vài chức năng ngoại vi được cấu hình trong thanh ghi chức năng đặc biệt.Những thanh ghi chức năng đặc biệt được nằm trong 16 byte thấp của không gianđịa chỉ Những SFR phải được truy cập bằng việc sử dụng câu lệnh byte

2.2.3 Giới thiệu vi điều khiển MSP430F6736

MSP430F6736 là chip vi điều khiển thuộc dòng MSP430F67xx, ngoài các tínhnăng chung của một vi điều khiển họ MSP430, MSP430F6736 còn có các tính năngnổi bật như sau:

- 3 bộ high-performance 24-bit sigma-delta A/D converters

- 4 bộ enhanced universal serial communication interfaces (3 eUSCI_A và 1eUSCI_B)

Hình 2.3 LCD 16x2

- Mô tả chức năng các chân:

+ VDD là chân nguồn +5V với dòng tối thiểu là 3mA, Vss chân đất

+ Vo là chân dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD

+ Chân RS: Chọn thanh ghi Có 2 thanh ghi trong chip LCD Một thanh ghi lệnh(IR) và một thanh ghi dữ liệu (DR) Khi cần ghi lệnh điều khiển hoạt động LCDthì RS=0, khi cần ghi dữ liệu thì RS=1

+ Chân R/W: Chân cho phép đọc/ghi thông tin từ/lên LCD Khi đọc dữ liệu từLCD về thì R/W=1, khi R/W=0 thì ghi lên LCD

+ Chân E: Chân cho phép E được LCD sử dụng để chốt thông tin có trên chân dữliệu Khi có một xung đến chân E thì dữ liệu ở chân dữ liệu của LCD sẽ đượcchốt