Thiết kế xây dựng công tơ điện 1 pha sử dụng ADE7753 55

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Nguyễn Văn Đưa Khóa: Mã số sinh viên: 20090769 Viện : Điện 54 Ngành: Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Đầu đề thiết kế/Tên đề tài: Thiết kế xây dựng công tơ điện pha sử dụng ADE7753 Các số liệu ban đầu: - Sử dụng IC ADE7753 - Sử dụng MCU MSP430F5419 - Sử dụng module truyền RF CC1101 Các nội dung tính tốn, thiết kế: - Các phương pháp đo công suất lượng pha - Tổng quan ADE7753, phương pháp hiệu chỉnh cho ADE7753 - Thiết kế mạch phần cứng cho công tơ điện tử - Thiết kế phần mềm điều khiển - Kế quả, đánh giá thử nghiệm Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Lan Hương, TS Nguyễn Việt Tùng Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 06/01/2014 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/06/2014 Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 1.1 Công suất điện xoay chiều pha[1] 1.1.1 Công suất tác dụng 1.1.2 Công suất phản kháng 1.1.3 Công suất toàn phần 1.1.4 Hệ số công suất 1.2 Năng lượng điện xoay chiều pha 1.3 Các phương pháp đo công suất [1] 1.3.1 Phương pháp đo công suất phần tử Hall 1.3.2 Phương pháp đo công suất khuếch đại loga đối loga 1.3.3 Phương pháp đo công suất phương pháp điều chế độ rộng xung 1.3.4 Phương pháp công suất phương pháp ADC – DAC 1.3.5 Phương pháp đo cơng suất nhân phần tử bình phương 1.4 Phương pháp đo điện công tơ điện tử [3] CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ADE7753 11 2.1 Tính ADE7753[10] 11 2.2 Mô tả hoạt động ADE7753 11 2.2.1 Tính cơng suất lượng tác dụng 13 2.2.2 Tính cơng suất lượng biểu kiến 15 2.2.3 Tính dịng điện hiệu dụng 16 2.2.4 Tính điện áp hiệu dụng 17 2.2.5 Tính chu kỳ lưới điện 18 2.3 Truyền thông nối tiếp ADE7753 18 2.3.1 Quá trình ghi liệu 19 2.3.2 Quá trình đọc liệu 19 2.4 Hiệu chỉnh bù sai số 20 2.4.1 Hiệu chỉnh hệ số khuếch đại cho lượng tác dụng 21 2.4.2 Watt offset 23 2.4.3 Hiệu chỉnh pha 24 2.4.4 Hiệu chỉnh VRMS IRMS 25 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CƠNG TƠ ĐIỆN TỬ 27 3.1 Yêu cầu toán 27 MỤC LỤC 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 27 3.3 Sơ đồ khối công tơ điện tử 28 3.3.1 Khối nguồn 28 3.3.2 Khối vi điều khiển trung tâm 30 3.3.3 Khối chuyển đổi dòng điện 32 3.3.4 Khối chuyển đổi điện áp 36 3.3.5 Khối ADE7753 37 3.3.6 Khối hiển thị 38 3.3.7 Khối RF 38 CHƯƠNG 4: LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH 40 4.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình cho vi điều khiển 40 4.1.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 40 4.1.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình ngắt phục vụ tính tốn đại lượng cơng tơ 41 4.1.3 Lưu đồ thuật tốn chương trình gửi liệu thiết bị cầm tay có u cầu 42 4.2 Lưu đồ thuật tốn cho việc hiệu chỉnh 42 4.2.1 Lưu đồ thuật toán hiệu chỉnh cho lượng tác dụng 43 4.2.2 Hiệu chỉnh phép đo điện áp hiệu dụng 46 4.2.3 Hiệu chỉnh phép đo dòng điện hiệu dụng 47 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 48 5.1 Kết đạt 48 5.2 Thực nghiệm 50 5.2.1 Thực nghiệm 1: Kiểm tra tín hiệu đầu vào kênh 1, kênh 50 5.2.2 Thực nghiệm 2: Tiến hành đo đại lượng điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng lượng tác dụng 50 5.3 Hạn chế hướng phát triển 51 5.3.1 Hạn chế 51 5.3.2 Hướng phát triển 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Tam giác cơng suất Hình 1-2: Wattmet phần tử Hall Hình 1-3: Mạch nhân loga – đối loga dùng khuếch đại thuật toán Hình 1-4: Sơ đồ Wattmet khuếch đại loga đối loga Hình 1-5: a) Đo cơng suất theo phương pháp điều chế độ rộng xung với điều chế biên độ xung Hình 1-6: Bộ nhân ADC – DAC Hình 1-7: Bộ nhân phần tử bình phương Hình 1-8: Wattmet dùng phần tử biến đổi nhiệt ngẫu Hình 1-9: Sơ đồ cấu trúc Wattmet công tơ kỹ thuật số Hình 1-10: Cấu trúc thiết bị đo cơng suất, lượng[3] Hình 1-11: DSP tích hợp ADC[3] 10 Hình 1-12: ADC tích hợp DSP[3] 10 Hình 2-1: Sơ đồ chân ADE7753 11 Hình 2-2: Sơ đồ khối chức IC ADE7753 12 Hình 2-3:Thanh ghi GAIN 12 Hình 2-4: Hoạt động ΣΔADC 13 Hình 2-5: Sơ đồ tính cơng suất tác dụng P 13 Hình 2-6: Sơ đồ đo lượng tác dụng 14 Hình 2-7: Chế độ tích lũy lượng theo chu kỳ 15 Hình 2-8: Sơ đồ đo cơng suất biểu kiến 15 Hình 2-9: Sơ đồ đo lượng biểu kiến 16 Hình 2-10: Sơ đồ tính tốn dòng điện hiệu dụng 16 Hình 2-11: Sơ đồ tính tốn điện áp hiệu dụng 17 Hình 2-12: Sơ đồ phát điểm “0” 18 Hình 2-13: Quá trình ghi ADE7753 19 Hình 2-14: Quá trình đọc ADE7753 20 Hình 2-15: Các bước hiệu chỉnh lượng tác dụng lượng tồn phần 20 Hình 2-16: Hiệu chỉnh lượng tác dụng 21 Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ thống 27 i DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 3-2: Sơ đồ khối cơng tơ điện tử pha 28 Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý cho khối nguồn công tơ điện tử pha 29 Hình 3-4: Sơ đồ nối chân MSP430F5419 30 Hình 3-5: Sơ đồ khối MSP430F5419 31 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý mạch MSP430F5419 32 Hình 3-7:Độ dịch pha cuộn cảm bên điện trở Shunt (2nH 200μΩ shunt) 33 Hình 3-8: Đường cong từ hóa vật liệu ferrit 34 Hình 3-9: Cuộn dây Rogowski 34 Hình 3-10: Ví dụ tính suất điện động cuộn dây Rogowski cho dịng điện chạy qua 35 Hình 3-11: Sơ đồ khối chuyển đổi dòng 35 Hình 3-12: Sơ đồ khối chuyển đổi điện áp 36 Hình 3-13: Sơ đồ nguyên lý cho khối ADE7753 37 Hình 3-14: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD 16x2 38 Hình 3-15: Sơ đồ nguyên lý cho khối RF CC1101 39 Hình 4-2: Lưu đồ thuật tốn chương trình ngắt phục vụ việc đọc tính tốn giá trị 41 Hình 4-4: Lưu đồ thuật tốn chương trình gửi liệu thiết bị cầm tay 42 Hình 4-5: Lưu đồ thuật toán cho việc hiệu chỉnh lượng tác dụng 44 Hình 4-6: Lưu đồ thuật toán hiệu chỉnh hệ số KWh/LSB 45 Hình 4-7: Lưu đồ thuật toán cho việc hiệu chỉnh giá trị điện áp hiệu dụng 46 Hình 4-8: Lưu đồ thuật toán cho việc hiệu chỉnh giá trị dịng điện hiệu dụng 47 Hình 5-1: Tín hiệu vào kênh với điện áp đầu vào 220V 50 Hình 5-2: Tín hiệu vào kênh với dịng điện đầu vào 5A 50 ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật công tơ điện tử 48 Bảng 5.2: Bảng kết đo điện áp 50 Bảng 5.3: Bảng kết đo dòng điện 51 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt RF Radio Frequency Sóng vơ tuyến MCU Micro Controller Unit Vi điều khiển ADC Analog – to – digital converter Bộ chuyển đổi tương tự thành số DAC Digital – to – analog converter Bộ chuyển đổi số thành tương tự DSP Digital signal processing Xử lý tín hiệu số PGA Programmable gain amplifier Bộ khuếch đại lập trình IC Integrated circuit Vi mạch tích hợp LPF Low pass filter Bộ lọc thơng thấp SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn đồng nối tiếp để truyền liệu chế độ song cơng tồn phần LSB Least significant bit Bit có trọng số thấp MSB Most significant bit Bit có trọng số cao RTC Real time clock Thời gian thực CT Current Transformer Biến dòng EMF Electromotive force Sức điện động cảm ứng iv LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Đổi công nghệ mục tiêu hàng đầu ngành điện nhằm mục tiêu nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh, sử dụng điện an toàn tiết kiệm Trong việc sử dụng cơng tơ điện tử việc đo đếm điện nhu cầu tất yếu thời đại, với tính trội so với đồng hồ thông thường độ xác cao, chức đo đếm hiển thị Sử dụng công tơ điện tử giúp quản lý điện cách tốt hơn, đẩy nhanh kế hoạch phát triển thị trường điện cạnh tranh, quản lý điện theo biểu giá Công nghệ truyền liệu không dây áp dụng phát triển từ lâu, có nhiều phương pháp dựa nguyên lý, chuẩn truyền thông khác như: hồng ngoại, wifi, zigbee, RF… Việc truyền liệu không dây giúp cho việc thu thập hiển thị liệu thuận tiện hơn, tính động hơn, giúp giảm chi phí nhân cơng phục vụ cơng việc đọc ghi số điện Vì em lựa chọn “Thiết kế xây dựng công tơ điện pha sử dụng ADE7753” cho đề tài tốt nghiệp Em xin phép gửi lời cảm ơn đến tất thầy giáo mơn dìu dắt em suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Thị Lan Hương, cô truyền cảm hứng, tạo động lực cho em để hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn TS Nguyễn Việt Tùng – trưởng phòng Multilab, Viện Mica, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người thầy hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian thực đồ án Cuối em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, người khơng ngừng động viên, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian thực đồ án Ket-noi.com chia sẻ miễn phí Trang |53 TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Cơng tơ điện tử pha giúp nâng cao hiệu việc đo đếm hiển thị giá trị đo, nâng cao chất lượng quản lý điện, đẩy nhanh tiến trình thực tính giá điện theo biểu giá Với đề tài “Thiết kế xây dựng công tơ điện pha sử dụng ADE7753” em thực cơng việc sau:  Tìm hiểu lý thuyết đo công suất lượng phương pháp điện  Tìm hiểu ngun lý hoạt động, cách tính tốn đại lượng lượng, cơng suất, dịng điện, điện áp ADE7753  Phân tích, thiết kế mạch cơng tơ điện tử pha  Phân tích, tính tốn, lập trình, lưu trữ lượng tác dụng nhớ flash MCU hiển thị giá trị dòng điện, điện áp, lượng tác dụng qua hình LCD Gửi liệu lượng tác dụng thiết bị cầm tay có yêu cầu Đồ án trình bày gồm chương: Chương 1: Trình bày lý thuyết công suất, lượng mạch điện xoay chiều Nêu số phương pháp đo công suất mạch điện xoay chiều pha phương pháp điện Lý thuyết đo lượng công tơ điện tử Chương 2: Trình bày tổng quan ADE7753, nguyên lý hoạt động ADE7753 việc tính tốn đại lượng điện bao gồm lượng, cơng suất, điện áp dòng điện hiệu dụng Đưa bước tiến hành hiệu chỉnh, bù sai số cho ADE7753 Chương 3: Trình bày u cầu tốn, sơ đồ khối thiết bị, tính tốn lựa chọn thiết kế mạch nguyên lý mạch in công tơ điện tử Chương 4: Trình bày lưu đồ thuật tốn chương trình Chương 5: Kết thực nghiệm Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đưa Trang |53 LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 1.1 Công suất điện xoay chiều pha[1] Xét hệ thống nguồn điện pha với nguồn áp dạng sin lý tưởng tải tuyến tính, dạng dòng điện điện áp biểu diễn sau: u(t)= 2×sin(ωt) 1-1 i(t)= 2×I×sin(ωt+ ) 1-2 Cơng suất tức thời định nghĩa tích điện áp dòng điện tức thời: p(t)=u(t)i(t)=2UIsin(ωt)sin(ωt+φ) = UIcosφ - UIcos(2ω+φ) 1-3 1.1.1 Công suất tác dụng Công suất tác dụng phần cơng suất điện biến đổi thành dạng cơng suất khác (cơ, nhiệt, hay hóa) Đơn vị công suất tác dụng P watt (W) Công suất tác dụng mạch xoay chiều pha xác định giá trị trung bình cơng suất chu kì T: T P Trong đó: T 1 pdt   uidt  T T 1-4 p, u, i giá trị tức thời cơng suất, áp dịng Trong trường hợp dịng điện điện áp có dạng hình sin cơng suất tác dụng tính là: P UI cos  Trong đó: 1-5 U, I giá trị hiệu dụng điện áp dòng điện Phi (  ) góc lệch pha điện áp dòng điện Trong trường hợp chung trình có chu kỳ với dạng đường cong cơng suất tác dụng tổng cơng suất thành phần sóng hài [1]   k 1 k 1 P   Pk  U k I k cos k 1-6 1.1.2 Công suất phản kháng Trong trường hợp mạch điện xoay chiều (dòng điện điện áp có dạng hình sin) cơng suất phản kháng tính theo cơng thức: Q UI sin  1-7 Trang |53 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Kết đạt Sau thời gian nghiên cứu đồ án “Thiết kế xây dựng công tơ điện pha sử dụng ADE7753” em hồn thành cơng việc sau:  Tìm hiểu phương pháp đo công suất lượng công tơ điện tử Xu hướng phát triển công tơ điện tử tương lai  Nắm vững nguyên lý hoạt động IC đo lượng ADE7753, cách thức để giao tiếp xử lý số liệu đưa từ IC  Lập trình với dòng vi điều khiển MSP430 TI  Thiết kế cơng tơ điện tử đáp ứng tính sau:  Hiển thị giá trị: lượng tác dụng, lượng toàn phần, điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng, tần số lưới điện  Lưu giá trị lượng tác dụng vào FLASH MCU  Truyền giá trị lượng tác dụng đến thiết bị đọc cầm tay có u cầu Thơng số kỹ thuật công tơ: Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật công tơ điện tử Kiểu pha pha Điện áp danh định Un 220V Dải điện áp hoạt động danh định 150V – 250V Dòng điện định mức 10A Dịng cực đại 40A Hằng số cơng tơ 3.2imp/wh Tần số RF 433MHz Khoảng cách truyền 20m Trang 48 |53 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Hình ảnh thiết bị sau thiết kế Hình 5-1: Hình ảnh cơng tơ điện tử hoàn thành Trang 49 |53 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.2 Thực nghiệm 5.2.1 Thực nghiệm 1: Kiểm tra tín hiệu đầu vào kênh 1, kênh Đo tín hiệu vào kênh kênh để đánh giá chất lượng tín hiệu đầu vào kênh kênh Tín hiệu đo kênh Tín hiệu đo kênh Hình 5-2: Tín hiệu vào kênh với điện áp Hình 5-3: Tín hiệu vào kênh với dòng điện đầu vào 5A đầu vào 220V Nhận xét: Tín hiệu đầu vào kênh kênh có dạng hình Sin 5.2.2 Thực nghiệm 2: Tiến hành đo đại lượng điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng lượng tác dụng Hình ảnh tiến hành đo thể Phụ lục F Tiến hành đo điện áp: Cách thức tiến hành: Sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp cấp vào mạch cơng tơ Sau đọc giá trị từ đồng hồ đo DMM4020 công tơ điện tử Bảng 5.2: Bảng kết đo điện áp Giá trị điện áp cấp (Đọc từ Giá trị điện áp đọc đồng hồ vạn DMM4020 Tektronix) Sai số 230.14V 230.62V 0.20% 220.11V 220.53V 0.19% 200.05V 200.65V 0.30% 180.04V 180.58V 0.3% 150.17 150.90 0.49% Nhận xét: Sai số kết đo nằm dải sai số cho phép ADE7753 (Sai số điện áp hiệu dụng 0.5%) Trang 50 |53 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Tiến hành đo dòng hiệu dụng Cách thức tiến hành: Dịng điện qua cơng tơ điện tử thay đổi nhờ biến dịng (0 – 5A) Sau đọc giá trị hiển thị đồng hồ vạn DMM4020 hiển thị công tơ điện tử) Bảng 5.3: Bảng kết đo dòng điện Giá trị dòng điện (Đọc từ Giá trị dòng điện đọc đồng hồ vạn DMM4020 Tektronix) Sai số 5.10A 5.11A 0.19% 4.08A 4.07A 0.25% 2.99A 3.01A 0.67% 1.02A 1.02A 0% 0.00A 0% Sai số kết đo nằm dải sai số cho phép ADE7753 (Sai số điện áp hiệu dụng 0.5%) Tiến hành đo lượng tác dụng Cách thức tiến hành: Cấp dòng điện 2A điện áp 220V cho công tơ điện tử để công tơ tiến hành đo thời gian 1h Kết đọc về: lượng tác dụng 412W Như so với giá trị công suất đưa vào sai số phép đo 2% Sai số lớn nhiều so với sai số cho phép ADE7753 (0.1%) Lý dẫn đến sai số chưa thực thành công việc hiệu chỉnh giá trị lượng tác dụng 5.3 Hạn chế hướng phát triển 5.3.1 Hạn chế Chưa tính tốn thiết kế thiết bị bảo vệ áp cho công tơ điện tử Phần lập trình cho thiết bị cịn chưa tối ưu việc ghi liệu vào FLASH Với việc ghi liệu tổn thất lượng điện lớn Bộ nhớ FLASH MSP430 có dung lượng đủ lớn để lưu trữ liệu công tơ điện tử Việc sử dụng nhớ FLASH MSP430 giúp giảm chi phí sản xuất ban đầu sản phẩm Tuy nhiên số lần ghi/xóa FLASH đạt khoảng 100000 dẫn đến tuổi thọ MCU ngắn, phí bảo trì thay MSP430 hỏng lớn nhiều sử dụng nhớ FLASH LCD 16x2 sử dụng để hiển thị đồ án giải pháp tốt cho sản phẩm thương mại tiêu tốn điện lớn, giá thành cao việc hiển thị thông số Trang 51 |53 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM không trực quan Để sản phẩm thương mại cần thay đổi hình hiển thị sang loại LCD segment Hình 5-4: LCD segment Công tơ đáp ứng nhu cầu thay cơng tơ số thơng thường mở rộng việc tính biểu giá Tuy nhiên với thiết kế ban đầu cơng tơ khó khăn việc phát triển tính kèm lập biểu đồ phụ tải điện 5.3.2 Hướng phát triển Với hạn chế nêu ra, em xin đề xuất hướng phát triển đề tài sau:  Phân tích tìm hiểu thiết bị bảo vệ áp cho công tơ điện tử  Thiết kế bổ sung thêm nhớ để thực chức lưu trữ giá trị công tơ  Áp dụng tính tốn lượng tiêu thụ theo biểu giá  Xây dựng phần mềm phục vụ công tác hiệu chỉnh cho công tơ Trang 52 |53 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Trong thời gian làm đồ án, hướng dẫn nhiệt tình giáo TS Nguyễn Thị Lan Hương thầy cô giáo môn kỹ thuật đo tin học công nghiệp, em tiến hành nghiên cứu để hoàn thiện đề tài: “Thiết kế xây dựng công tơ điện pha sử dụng ADE7753” Về lý thuyết, đồ án sâu vào tìm hiểu phương pháp đo công suất lượng phương pháp số Tìm hiểu phân tích ngun lý hoạt động vi hệ thống ADE7753, bước thực hiệu chỉnh để đạt kết đo cao Về thực hành, đồ án trình bày việc phân tích, tính tốn thiết kế mạch ngun lý công tơ điện tử pha truyền RF, đưa lưu đồ thuật tốn tính tốn thơng số, hiệu chỉnh, hiển thị lưu giữ Thiết kế thành cơng cơng tơ điện tử pha với tính sau:  Đo hiển thị giá trị: điện tiêu thụ, cơng suất, dịng điện tải, điện áp tần số lưới điện  Lưu trữ giá trị điện nhớ flash  Truyền giá trị điện thiết bị đọc cầm tay Thơng qua q trình thực đồ án lần này, em có thêm hội ứng dụng kiểm tra kiến thức học vào thực tế phát huy tính sáng tạo, khả giải vấn đề theo yêu cầu đề Tuy cố gắng thời gian thực đề tài kinh nghiệm có hạn nên em khơng tránh khỏi sai sót Mong thầy thơng cảm đóng góp thêm ý kiến để đề tài hoàn thiện Trang 53 |53 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] Phạm Thượng Hàn, 2006 “Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý”, Nhà xuất Giáo dục, [2] Nguyễn Trọng Quế, 1996 Giáo trình “Cơ sở kỹ thuật đo”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TÀI LIỆU TIẾNG ANH [3] Anthony Collins, “Solid State Solutions for Electricity Metrology”, Analog Devices Inc., Wilmington MA 01887, USA [4] Hariharan Mani, “AN-639: Frequently Asked Questions (FAQs) Analog Devices Energy (ADE) Products”, Analog Devices Inc [5] Stephen English and Dave Smith, “AN-564: A Power Meter Reference Design Based on the ADE7756”, Analog Devices Inc [6] William Koon, “Current sensing for energy metering”, Analog Devices, Inc [7] Brian W Kernighan – Dennis M.Ritchie, “The ansi C programming language” , Prentice Hall Sofware Seres [8] MSP430x5xx and MSP430x6xx Family User’s Guide, Texas Instrument, 2013 [9] “Energy Meter Seminar: Designing a EMC Compatible Electronic Meter using AD7755”, Analog Devices, Inc [10] Datasheet “ADE7753: Single-Phase Multifunction Metering IC with di/dt Sensor Interface Data Sheet (Rev C, 01/2010)”, Analog Devices, Inc [11] “CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF transceiver datasheet ”, Texas Instrument [12] “MSP430x5xx and MSP430x6xx Family User’s Guide”, Texas Instrument, 2013 [13] “MSP430F5419 datasheet”, Texas Instrument, 2013 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Phụ lục A Bảng giá trị ngưỡng điện áp vào chân logic ADE7753 MSP430F5419 Bảng phụ lục 1: Giá trị ngưỡng điện áp vào chân logic ADE7753 Bảng phụ lục 2: Giá trị ngưỡng điện áp vào chân logic MSP430F5419 Phụ lục B Bảng mô tả hoạt động chân ADE7753 Bảng phụ lục 3: Mô tả hoạt động chân ADE7753 Chân số Ký hiệu Mơ tả RESET Thiết lập lại ADE7753, tín hiệu mức thấp giữ cho ADCs mạch kỹ thuật số chế độ khởi động lại DVDD Nguồn mạch số, chân cung cấp nguồn cho mạch số ADE7753 Điện áp cần trì mức 5V±5% Chân AVDD tách riêng với DGND qua hai tụ điện mắc song song tụ 10µF tụ gốm 100 µF AVDD Nguồn mạch tương tự, chân cung cấp điện áp tương tự cho mạch tương tự ADE7753 Điện áp cần trì mức 5V±5% Chân AVDD tách riêng với DGND qua hai tụ điện PHỤ LỤC mắc song song tụ 10µF tụ gốm 100 µF 4,5 V1P, V1N Tín hiệu tương tự vào kênh Kênh thiết kế để sử dụng với chuyển đổi dòng di/dt (như cuộn Rogowski), cảm biến dịng (ví dụ Shunt) biến áp dịng CT 6,7 V2P,V2N Tín hiệu tương tự vào kênh Kênh thiết kế để sử dụng dung cho chuyển đổi điện áp Tín hiệu đầu vào lớn ±0.5V, chịu điện áp ±6V AGND Điện áp chuẩn tương tự, chân cung cấp cho so áp tất mạch tương tự bên ADE7753 ADCs Chống xung cưa lọc, biến dòng, điện áp REFIN/OUT Truy cập kiểm tra điện áp Chip, giá trị điện áp Chip 2,4V±8% giá trị nhiệt độ 30 ppm/oC Một số nguồn bên so áp chân Trong hai trường hợp, chân cần tách riêng để nối với tụ 1µF 10 DGND Điện áp chuẩn số, chân cung cấp so sánh cho mạch số bên ADE7753 nhân, lọc, chuyển đổi tần số Bởi dịng điện số ADE7753 nhỏ Tuy nhiên điện dung cao chân DOUT dẫn đến tín hiệu số bị nhiễu, làm ảnh hưởng đến so sánh 11 CF Tần số đầu mức logic Chân CF cung cấp thông tin công suất hiệu dụng Các tần số điều chỉnh CSDEN CFNUM 12 ZX Điện áp dạng sóng (kênh 2) 13 SAG Cổng mở mức công suất xuống thấp 14 IRQ Ngắt ngõ Khi công suất xuống thấp cổng mở 15 CLKIN Xung đồng hồ ngõ vào cho ADEs q trình điều chế tín hiệu số xung đồng hồ 3.579545 MHz Dùng tụ điện cho mạch 22pF 33pF 16 CLKOUT Cung cấp xung đồng hồ cho ADE7753 Có thể dung tải CMOS 17 CS Chọn Chip Dung giao diện dây nối tiếp SPI ADE7753 hoạt động với đầu vào mức thấp 18 SCLK Xung đầu vào đồng Tất liệu truyền nối tiếp quản lý xung 19 DOUT Dữ liệu đầu ra, liệu chuyển sườn lên SCLK tác động Trong trường hợp trở kháng cao, xuất mức logic thông thường 20 DIN Dữ liệu đầu vào, liệu chuyển sườn xuống SCLK tác PHỤ LỤC động Phụ lục C Các ghi ADE7753 Bảng phụ lục 4: Mô tả ghi ADE7753 Địa Ký hiệu R/W 0x01 WAVEFORM 0x02 0x03 Số bít Tên R Giá trị mặc định 0x0 24 AENERGY RAENERGY R R 0x0 0x0 24 24 0x04 LAENERGY R 0x0 24 0x05 0x06 VAENERGY RVAENERGY R R 0x0 0x0 24 24 0x07 LVAENERGY R 0x0 24 0x08 LVARENERGY R 0x0 24 0x09 0x0A 0x0B 0x0C MODE IRQEN STATUS RSTSTATUS R/W R/W R R 0x000C 0x40 0x0 0x0 16 16 16 16 0x0D 0x0E 0x0F 0x10 0x11 CH1OS CH2OS GAIN PHCAL APOS R/W R/W R/W R/W R/W 0x00 0x0 0x0 0x0D 0x0 8 16 0x12 WGAIN R/W 0x0 12 0x13 0x14 0x15 0x16 WDIV CFNUM CFDEN IRMS R/W R/W R/W R 0x0 0x3F 0x3F 0x0 12 12 24 0x17 VRMS R 0x0 24 0x18 IRMSOS R/W 0x0 12 0x19 VRMSOS R/W 0x0 12 0x1A VAGAIN R/W 0x0 12 Thanh ghi giá trị tức thời kênh 1, kênh công suất tác dụng Thanh ghi lượng tác dụng Thanh ghi lượng tác dụng (bị reset đọc) Thanh ghi lượng tiêu thụ chế độ tích lũy theo chu kỳ Thanh ghi lượng biểu kiến Thanh ghi lượng biểu kiến (reset đọc) Thanh ghi lượng biểu kiến chế độ tích lũy theo chu kỳ Thanh ghi lượng phản kháng chế độ tích lũy theo chu kỳ Thanh ghi chế độ Thanh ghi cho phép ngắt Thanh ghi trạng thái ngắt Thanh ghi trạng thái ngắt (reset đọc) Thanh ghi chỉnh offset kênh Thanh ghi chỉnh offset kênh Thanh ghi đặt hệ số khuếch đại PGA Thanh ghi hiệu chỉnh pha Thanh ghi chỉnh offset công suất tác dụng Thanh ghi hiệu chỉnh hệ số khuếch đại công suất Thanh ghi chia lượng tác dụng Thanh ghi tử số chia tần số CF Thanh ghi mẫu số chia tần số CF Thanh ghi giá trị hiệu dụng (RMS) kênh (dòng điện) Thanh ghi giá trị hiệu dụng (RMS) kênh (điện áp) Thanh ghi hiệu chỉnh offset cho giá trị hiệu dụng kênh Thanh ghi hiệu chỉnh offset cho giá trị hiệu dụng kênh Thanh ghi hệ số khuếch đại công suất biểu kiến PHỤ LỤC Thanh ghi chia lượng biểu kiến Thanh ghi chu kỳ chế độ lượng tích lũy 0x1D ZXTOUT R/W 0xFFF 12 Thanh ghi ZXTOUT 0x1E SAGCYC R/W 0xFF Thanh ghi số chu kỳ điện áp sụt 0x1F SAGLVL R/W 0x0 Thanh ghi đặt mức điện áp sụt 0x20 IPKLVL R/W 0xFF Thanh ghi đặt mức ngưỡng đỉnh kênh 0x21 VPKLVL R/W 0xFF Thanh ghi đặt mức ngưỡng đỉnh kênh 0x22 IPEAK R 0x0 24 Thanh ghi giá trị đỉnh kênh 0x23 RSTIPEAK R 0x0 24 Thanh ghi giá trị đỉnh kênh (reset đọc) 0x24 VPEAK R 0x0 24 Thanh ghi giá trị đỉnh kênh 0x25 RSTVPEAK R 0x0 24 Thanh ghi giá trị đỉnh kênh (reset đọc) 0x26 TEMP R 0x0 Thanh ghi nhiệt độ 0x27 PERIOD R 0x0 16 Thanh ghi chu kỳ 0x3D TMODE R/W Thanh ghi chế độ kiểm tra 0x3E CHKSUM R 0x0 Thanh ghi Checksum Phụ lục D Một số ghi đặc biệt ADE7753 0x1B 0x1C VADIV LINECYC R/W R/W 0x0 0xFFFF 16 Bảng phụ lục 5: Thanh ghi MODE Bít Ký hiệu Mặc định 0 DISHPF DISLPF2 DISCF DISSAG ASUSPEND 1 TEMPEL 10 SWRST CYCMODE DISCH1 DISCH2 SWAP 0 0 12, 11 DTRT 1, 00 14, 13 WAVSEL 1, 00 Mô tả HPF kênh không kích hoạt DISHPF=1 LPF sau nhân (LPF2) khơng kích hoạt DISLPF=1 Đầu tần số CF khơng kích hoạt DISCF=1 Khơng phát sụt điện áp lưới DISSAG=1 ASUSPEND=1 hai A/D ADE7753 không hoạt động Bộ biến đổi nhiệt độ bắt đầu TEMPEL=1 Bít ự động reset q trình kết thúc Đặt chế độ reset mềm cho ADE7753 CYCMODE=1 bật chế độ tích lũy lượng ADC1 bị ngắn mạch bên ADC2 bị ngắn mạch bên SWAP=1, V1P V1N nối với ADC2, V2P V2N nối với ADC1 Lựa chọn tốc độ lấy mẫu tức thời DPRT1 DPRT2 Tốc độ 0 27.9 kSPS (CLKIN/128) 14 kSPS (CLKIN/256) kSPS (CLKIN/512) 1 3.5 kSPS (CLKIN/1024) Chọn nguồn tín hiệu lấy mẫu cho ghi tức thời WAVEFORM WAVSEL1 WAVSEL0 Nguồn 0 Công suất tác dụng - PHỤ LỤC 1 15 POAM 24 bit kênh 24 bit kênh Bảng phụ lục 6: Thanh ghi STATUS, RSTSTATUS, IRQEN Bít 10 11 12 13 14 15 Cờ ngắt AEHF Mô tả Ngắt xảy bit có trọng số lớn ghi lượng tác dụng chuyển từ lên SAG Ngắt SAG điện áp lưới CYCEND Kết thúc q trình tích lũy lượng WSMP Dữ liệu ghi tức thời ZX Phản ánh trạng thái đầu ZX TEMP Chỉ kết biến đổi nhiệt độ có ghi nhiệt độ RESET Kết thúc reset Tương ứng với bit cho phép vai trị ghi cho phép ngắt AEOF Thanh ghi lượng tác dụng bị tràn PKV Lấy mẫu tức thời từ kênh vượt giá trị VPKLVL PKI Lấy mẫu tức thời từ kênh vượt giá trị IPKLVL VAEHF Ngắt xảy bit có trọng số lớn ghi lượng biểu kiến chuyển đổi từ lên VAEOF Thanh ghi lượng biểu kiến ZXTO Ngắt trôi điểm không điện áp lưới PPOS Công suất từ âm sang dương PNEG Công suất từ dương sang âm RESERVED Dự trữ Phụ lục E Bảng so sánh ưu nhược điểm loại biến dòng đầu vào ADE7753 Bảng phụ lục 7: Bảng so sánh ưu nhược điểm loại biến dòng đầu vào ADE7753 PHỤ LỤC Phụ lục F Hình ảnh thử nghiệm cơng tơ: Hình phụ lục 1: Bàn thử nghiệm cơng tơ Hình phụ lục 2: Hình ảnh đo kết dịng điện, điện áp PHỤ LỤC Hình phụ lục 3: Hình ảnh hiển thị giá trị lượng tác dụng Phụ lục G Sơ đồ mạch nguyên lý công tơ điện tử PHỤ LỤC Phụ lục H Mạch in cơng tơ điện tử Hình phụ lục 4: Mạch in lớp TOP Hình phụ lục 5: Mạch in lớp bottom ... cho module CC 110 1 nguồn VCC_3.3V CC 110 1 Slave điều khiển vi điều khiển trung tâm bốn chân CC 110 1_SI, CC 110 1_SO, CC 110 1_CSn, CC 110 1_SCLK Ngoài thiết kế ta sử dụng chân GDO0 GDO2 chân tạo ngắt ngồi... trị số nhỏ dần điện áp rơi chân V0 giảm làm cho chữ hiển thị nhạt 3.3.7 Khối RF RF sử dụng thiết kế module CC 110 1 TI CC 110 1 thiết bị thu phát RF có tần số lên tới 1GHz, sử dụng ứng dụng không dây... CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 1. 1 Công suất điện xoay chiều pha [1] 1. 1 .1 Công suất tác dụng 1. 1.2 Công suất phản kháng