Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người chúng ta luôn hướng đến những tiêu chuẩn cao hơn về sự chính xác, sự tiện ích, tính trung thực cũng như thẩm mỹ. Thiết bị đo đếm điện năng kĩ thuật số ra đời giúp con người là việc một cách hiệu quả hơn, với một thiết bị nhỏ gọn chúng ta có thể xem tất cả các thông số điện năng về dòng điện, điện áp, công suất, hệ số cosφ… Các đồng hồ đo điện năng kỹ thuật số được trang bị các giao tiếp như RS485, Internet, RS232, SIM… để chúng ta có thể cập nhật giá trị từng giờ, từng phút. Chúng ta không phải vất vả đi đến từng nơi hay vất vả đi đọc từng thông số trên từng đồng hồ, mà ta có thể ngồi tại chỗ là có thể giám sát được tất cả các thông số điện năng của các khu vực thông qua internet hoặc SMS. Từ thực tế đó cùng với những kiến thức về Vi Điều Khiển đã từng được học và sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Bùi Thị Duyên, chúng em đã phát triển đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo Power Meter 1 pha” để làm đồ án tốt nghiệp của mình Nội dung đồ án nhóm chúng em bao gồm các phần sau: CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA TỰ ĐỘNG HÓA & ĐIỀU KHIỂN - - ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ ĐỀ TÀI: ĐO ĐẾM CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN PHA( POWER METER) Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Khoa : Lớp : Khoá : SVTH: Nhóm ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kĩ thuật, người hướng đến tiêu chuẩn cao xác, tiện ích, tính trung thực thẩm mỹ Thiết bị đo đếm điện kĩ thuật số đời giúp người việc cách hiệu hơn, với thiết bị nhỏ gọn xem tất thông số điện dịng điện, điện áp, cơng suất, hệ số cosφ… Các đồng hồ đo điện kỹ thuật số trang bị giao tiếp RS485, Internet, RS232, SIM… để cập nhật giá trị giờ, phút Chúng ta vất vả đến nơi hay vất vả đọc thông số đồng hồ, mà ta ngồi chỗ giám sát tất thông số điện khu vực thông qua internet SMS Từ thực tế với kiến thức Vi Điều Khiển học hướng dẫn tận tình Tiến sĩ Bùi Thị Duyên, chúng em phát triển đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo Power Meter pha” để làm đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án nhóm chúng em bao gồm phần sau: CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN SVTH: Nhóm LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học trường đại học Điện Lực, chúng em học tiếp thu nhiều kiến thức từ bảo tận tình quý thầy cô, giúp đỡ bạn bè Đây khoảng thời gian quý báu đầy ý nghĩa Đồ án tảng quan trọng để đánh dấu bước ngoặt quan trọng đời chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình Bùi Thị Duyên Trong suốt trình thực đồ án cô giành nhiều thời gian tâm huyết để định hướng góp ý để chúng em hồn thành đồ án môn học cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn đến giúp đỡ Ban giám hiệu Trường Đại Học Điện Lực, tồn thể thầy giáo Khoa ĐK&TĐH bạn bè năm học vừa qua Với giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em có tảng kiến thức chun mơn để chúng em hồn thành đồ án công việc tương lai Hà Nội, tháng năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Nhóm ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn SVTH: Nhóm MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ thư CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN .2 2.1 Phương pháp thiết bị đo điện áp 2.1.1 Phương pháp đo 2.1.2 Thiết bị đo điện áp 2.2 Các phương pháp thiết bị đo dòng điện 2.2.1 Các phương pháp đo dòng 2.2.2 Một số thiết bị đo dòng điện 2.3 Đo công suất tác dụng 2.4 Đo công suất phản kháng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .9 3.1 Sơ đồ khối đồng hồ đo .9 3.2 Khối vi xử lý trung tâm .9 3.3 Khối tương tự 14 3.4 Mạch cung cấp đầu vào dòng áp cho ADE7753 18 3.5 Khối hiển thị hình LCD 19 3.6 Khối nguồn 23 3.7 Hình ảnh thực tế sản phẩm .24 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM .25 4.1 Giới thiệu phần mềm Codevision AVR .25 4.2 Khởi tạo viết chương trình Codevision AVR .25 4.3 Lưu đồ thuật toán 28 4.4 Thiết kế phần code 29 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 SVTH: Nhóm GVHD: Đồ án Vi xử lý CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ 1.1 Đặt vấn đề Ngày q trình cơng nghệ hóa, đại hóa, kinh tế nước ta tăng trưởng liên tục, ngành công nghiệp phát triển ngày tăng Do yêu cầu khoa học nói chung, khoa học công nghệ đo lường thử nghiệm nói riêng địi hỏi phải đáp ứng kịp thời phù hợp với phát triển công nghiệp đất nước Kỹ thuật đo lường ngàng quan trọng phát triển khoa học kỹ thuật ngành kinh tế quốc dân Với trình độ nay, khả kỹ thuật đo lường lớn mạnh phát triển Trong lĩnh vực đo lường đại lượng điện nhằm mục đích tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ xác, độ nhạy nâng cao tính tin cậy Vì chúng em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo Power Meter pha” với mục đích đo lường đại lượng U, I, P, Q, cosφ cách xác để có phục vụ lĩnh vực cơng nghiệp, dân dụng phịng thí nghiệm Trong q trình thực đồ án, chúng em vô biết ơn T.S Bùi Thị Duyên tận tình bảo giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án 1.2 Nhiệm vụ thư Nghiên cứu thiết kế chế tạo Power Meter pha để đo đại lượng điện xoay chiều pha: U, I, P, Q, cosφ Nhiệm vụ thiết kế: - Đo điện áp hiệu dụng, dải đo điện áp 0÷250VAC, tốc độ đo 5s/1lần Đo dịng điện hiệu dụng, dải đo dịng điện 0÷20A, tốc độ đo 5s/1lần Đo đại lượng P, Q, W, cosφ Hiển thị giá trị đo lên hình LCD với dịng 16 ký tự SVTH: Nhóm 1 GVHD: Đồ án Vi xử lý CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 2.1 Phương pháp thiết bị đo điện áp 2.1.1 Phương pháp đo Phương pháp đo kiểu so sánh: Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng (có khâu phản hồi) Sơ đồ khối: X SS X CĐ1 CĐn CĐN m CĐN Y XK Đại lượng đo X đại lượng mẫu X0 biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh Quá trình so sánh diễn suốt trình đo So sánh cân bằng: phép so sánh mà đại lượng cần đo X đại lượng mẫu X o sau biến đổi thành XK so sánh với cho X =X-XK =0 tức X=XK Như XK đại lượng thay đổi cho X thay đổi đạt kết XXK =0 Trong trường hợp độ xác phép đo phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thị cân So sánh không cân bằng: Nếu đại lượng X K đại lượng không đổi, lúc ta có X-XK =X Nghĩa kết đo đánh giá theo đại lượng X Nếu ta biết trước XK, đo X suy X = XK + X Như phép đo có độ xác phụ thuộc vào phép đo X, mà giá trị X nhỏ (so với X) độ xác cao Độ xác phép đo chủ yếu độ xác XK định Phương pháp thường sử dụng để đo đại lượng không điện đo ứng suất, nhiệt độ … 2.1.2 Thiết bị đo điện áp Trong đo lường đo điện áp nguồn cơng suất nhỏ hay đo dịng nhỏ dòng qua cấu thị, người ta phải tìm cách tăng độ nhạy thiết bị đo Một biện pháp tăng độ nhạy khuếch đại Ngồi u SVTH: Nhóm GVHD: Đồ án Vi xử lý cầu điện trở phép đo áp điện trở vôn mét lớn tốt Để thỏa mãn nhu cầu người ta chế tạo vôn mét điện tử Vônmét điện động có cấu tạo giống ampemét điện động đo dịng điện nhỏ 0,5A Vơnmét u cầu có tổng trở lớn nên cuộn tĩnh vơnmét điện động có số vịng lớn, có tiết diện nhỏ nhiều so với cuộn tĩnh ampemét Có thể chế tạo Vômét điện động nhiều thang đo cách thay đổi cách mắc song song nối tiếp hai phân đoạn cuộn tĩnh nối tiếp với điện trở phụ Hình 2.1 Thể sơ đồ nguyên lý vônmét điện động hai thang đo: Khi khố chuyển mạch vị trí 1, hai phân đoạn A A2 cuộn tĩnh mắc song song với mắc nối tiếp với cuộn động B, tương ứng với giới hạn đo 150V Khi khoá chuyển mạch vị trí 2, hai phân đoạn A 1, A2 cuộn động B mắc nối tiếp với nhau, tương ứng với giới hạn đo 300V Các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho vơnmét Hình 2.1: Sơ đồ Vonmet điện động nhiều thang đo Chú ý : Đo điện áp lưới điện cao áp ta phải mắc vônmét kết hợp với máy biến áp đo lường BU 2.2 Các phương pháp thiết bị đo dòng điện 2.2.1 Các phương pháp đo dòng - Phương pháp đo trực tiếp: Người ta dùng dụng cụ đo dòng điện ampemet, miliampemet, SVTH: Nhóm GVHD: Đồ án Vi xử lý microampemet … để đo dòng điện đọc trực tiếp kết thang chia độ dụng cụ đo - Phương pháp đo gián tiếp: Người ta dùng vônmet đo điện áp rơi điện trở mẫu, thơng qua tính tốn ta có dịng điện cần đo - Phương pháp so sánh: Người ta đo dòng điện cách so sánh điện áp cần đo với điện áp mẫu, xác Ở trạng thái cân dòng cần đo dòng mẫu đọc điện áp mẫu Việc so sánh trực tiếp gián tiếp 2.2.2 Một số thiết bị đo dòng điện - Các ampemet xoay chiều: Để đo dịng điện xoay chiều miền tần số cơng nghiệp ta thường dùng ampemet điện từ, điện động sắt điện động Đo dòng điện miền tần số âm tần dùng nhiều thang đo khác nhau, người ta thường dung ampe vòng từ điện chỉnh lưu Ampe nhiệt điện dùng để đo dòng điện xoay chiều có tần số cao siêu cao - Ampemet điện từ: Được chế tạo dựa cấu thị điện từ Mỗi cấu thị điện từ chế tạo với số vòng định (I.W) Với cấu cuộn dây trịn thường có I.W = 200A.vịng; cuộn dây dẹt có I.W = 100÷150A.vịng Loại mạch từ khép kín I.W = 50÷1000A.vịng Như để mở rộng thang đo ampemet điện từ cần thay đổi để đảm bảo I.W = const - Ampemet điện động: Có hai loại sơ đồ ampemet điện động : - Khi đo dòng nhỏ 0,5A, người ta đấu nối tiếp cuộn tĩnh cuộn động (hình 2.2.a) Khi : với I1 =I2= I; = 0; cos = - Khi đo dòng lớn 0,5A, người ta đấu cuộn tĩnh cuộn động song song với nhau, mắc thêm phần tử vào nhánh để bù sai SVTH: Nhóm GVHD: Đồ án Vi xử lý số tần số gây để dòng hai cuộn dây đồng pha với (hình 2.2 b) SVTH: Nhóm GVHD: Đồ án Vi xử lý { unsigned char rd_bit,dat; int i=0,j=5; addr=addr&0x3f; CS=0;delay_us(100); spi_t(addr); delay_ms(50); dat = 0x00; for(i=0;i