Šajā rakstā ir aprakstīts trīs-fāzu jaudas mērītājs, ko kontrolē galvenais procesors ARM, tā aparatūra un programmatūra ir detalizēti aprakstīta. Skaitītājs iestatīja jaudas parametrus, kas uzrauga mērījumus un displeju kopumā. Elektrības parametrus mēra ar speciālu mikroshēmu-CS5463, kas paredzēta elektrības- parametru mērīšanai. Elektriskajam skaitītājam ir augsta integrācija, zemas izmaksas, zems enerģijas patēriņš un spēcīga pret-traucēšanas iespēja. Elektriskais skaitītājs var atbilst viedās pārvaldības- enerģijas prasībām. Skaitītājs var sazināties ar galveno kontrolieri, izmantojot mikroshēmu MAX485, un tas var nodrošināt attālas datu pārraides funkciju. Tas var viegli izpildīt reāllaika novērošanas, datu iegūšanas funkciju, un tam ir labas izmantošanas iespējas.
Atslēgas vārdi:Trīs{0}}fāžu jaudas mērītājs;LPC2148;CS5463;ARM
Saturs
1.Vispārējais sistēmas dizains
2. Kopējā dizaina ideja par trīs-fāžu viedā skaitītāja aparatūru
3. Katra funkcionālā moduļa shēmas dizains
3.1. Trīs-fāžu viedo skaitītāju vadības sistēmas projektēšana, pamatojoties uz ARM
3.2. Jaudas noteikšanas un mērīšanas aparatūras ķēde
1.Vispārējais sistēmas dizains
Šobrīd elektroenerģijas skaitītāju pielietošana mājās un ārvalstīs ir viedo skaitītāju popularizēšanas stadijā. Izmantojot mikroprocesorus kā kodolu, viedie skaitītāji izmanto digitālo paraugu ņemšanas tehnoloģiju, lai veiktu izmērītā sprieguma un strāvas ciparu aprēķinus un apstrādi, kā arī veiktu elektroenerģijas mērījumus un jaudas, strāvas, sprieguma un citas tīkla parametru informācijas uzraudzību. Visā pasaulē popularizējot un veidojot viedos tīklus, viedie skaitītāji radīs milzīgu tirgus pieprasījumu. Liela skaita nelineāru slodžu izmantošana, piemēram, lifti, nekontrolēti taisngrieži, mainīgas frekvences ātruma regulatori utt., ir radījusi arvien nopietnāku harmonisko piesārņojumu elektrotīklā. Šobrīd elektroenerģijas skaitītāji un citi elektrisko parametru mērīšanas instrumenti tiek konstruēti atbilstoši jaudas frekvencei. Ja ieejas signāls satur harmonikas, precīzus mērījumus nevar sasniegt. Līdz ar to viedajiem enerģijas skaitītājiem papildus precīzai elektroenerģijas mērīšanai un tādu parametru kā aktīvās jaudas, reaktīvās jaudas, strāvas, sprieguma, jaudas koeficienta u.c. mērīšanai elektrotīklā jābūt arī automātiskajām skaitītāju nolasīšanas un datu attālās pārraides funkcijām.
Šajā rakstā kā mikroprocesors tiek izmantota ARM mikroshēma, lai izstrādātu viedo skaitītāju, kas var realizēt nosacītu datu attālo pārraidi un kam ir automātiska skaitītāja nolasīšanas funkcija. Skaitītāja priekšrocības ir zemas izmaksas, precīzs mērījums, laba reāllaika veiktspēja un ērta pārvaldība.
2. Kopējā dizaina ideja par trīs-fāžu viedā skaitītāja aparatūru
Trīs{0}}fāzu viedais skaitītājs izmanto ARM mikroshēmu-LPC2148 kā mikroprocesoru un speciālo mērīšanas mikroshēmu CS5463 kā trīs-fāžu elektroenerģijas datu informācijas paraugu ņemšanas un apstrādes mikroshēmu. Pamatojoties uz tradicionālā trīsfāzu skaitītāja funkciju realizāciju, tas sazinās ar resursdatoru, izmantojot RS485 sakaru saskarni, lai realizētu datu informācijas attālo pārraidi.
Sistēmas aparatūras shēma galvenokārt sastāv no četrām daļām: (1) ARM pamata plates sistēma; (2) trīsfāzu jaudas paraugu ņemšanas un datu apstrādes ķēde; (3) MAX485 mikroshēma un resursdatora sakaru shēma; (4) citas nepieciešamās ārējās ierīces, piemēram, pogas, displeji utt.
Mēraparāta dizains izmanto LPC2148 ARM mikroshēmu kā vadības procesora trīsfāžu jaudas mērītāja aparatūras struktūru; jaudas parametru informācijas uzraudzībai tiek izmantota jaudas mērīšanai paredzētā mikroshēma CS5463; 128 × 64 punktu matrica tiek izmantota, lai realizētu LCD displeja funkciju, integrējot jaudas parametru mērīšanas un displeja funkcijas. Viedo skaitītāju datu attālā komunikācija tiek realizēta, izmantojot RS485 sakaru mikroshēmu MAX485.
3. Katra funkcionālā moduļa shēmas dizains
Trīsfāzu viedā skaitītāja aparatūras sistēmas ķēde galvenokārt ietver mikrokontrollera centra pamata ķēdi, strāvas noteikšanas un datu iegūšanas ķēdi, barošanas avota ķēdi, displeja ķēdi un RS485 sakaru saskarnes ķēdi. Galvenais kontrolleris LPC2148 nolasa datus no trim jaudas iegūšanas moduļiem ar CS5463 mikroshēmu kā kodolu, izmantojot iebūvēto -SPI interfeisu, un realizē datu attālās pārraides funkciju, izmantojot iebūvēto-sakaru seriālo portu un sakaru protokolu 485.
3.1. Trīs-fāžu viedo skaitītāju vadības sistēmas projektēšana, pamatojoties uz ARM
Trīs{0}}fāzu viedais skaitītājs izmanto ARM mikroshēmu-LPC2148 kā mikroprocesoru, un izmanto trīs īpašas enerģijas mērīšanas mikroshēmas CS5463, lai veiktu režģa datu paraugu ņemšanu un datu apstrādi, kā arī datu apmaiņu ar MCU laikā,{4}}kopīgojot ar SPI saskarni, lai īstenotu datu noteikšanas un iztveršanas funkciju. trīs-fāžu jauda; LPC2148 ir savienots ar MAX485 mikroshēmu, izmantojot savu seriālo sakaru interfeisu, lai realizētu datu attālās pārraides funkciju.
3.2. Strāvas noteikšanas un mērīšanas aparatūras ķēde
Šajā shēmā kā kodols tiek izmantota īpaša{0}}fāzes jaudas mērīšanas mikroshēma CS5463. Ķēdes dizainā tiek izmantotas trīs CS5463 mikroshēmas, lai attiecīgi izmērītu vienas līnijas jaudu, un pēc tam pabeidz trīs-fāzu jaudas informācijas noteikšanu un apstrādi elektrotīklā, izmantojot datu kombināciju. Konkrētā ieviešanas shēma ir parādīta 2. attēlā. Aparatūras shēmā jaudas noteikšanas un mērīšanas īstenošanai starp elektropārvades līniju un CS5463 tiek pieņemta elektriskās izolācijas konstrukcija. Elektrisko izolāciju nodrošina divi transformatori un strāvas transformators. Starp transformatoriem viens ir parasts transformators, kas tiek izmantots, lai nodrošinātu CS5463 darbībai nepieciešamo līdzstrāvu; otrs ir augstas{10}}precizitātes, zemas pretestības transformators ar ļoti mazu vājinājumu un fāzes aizkavi augstākām harmonikām, ko izmanto sprieguma informācijas mērīšanai. Strāvas transformatoru izmanto, lai mērītu strāvas līnijas pašreizējo informāciju. Pāri strāvas transformatora sekundārajai daļai ir pievienots rezistors, lai ģenerētu sprieguma signālu, kas nepieciešams strāvas noteikšanai CS5463 strāvas kanālam.
Trīsfāzu viedā skaitītāja programmatūras dizains{0}}galvenokārt sastāv no četrām daļām:
(1) LPC2148 galvenā vadības programma; (2) CS5463 datu iegūšanas un apstrādes programma; (3) MAX485 sakaru programma; (4) draivera palīgprogramma ārējām ierīcēm, piemēram, tastatūrai un displejam.
Šajā rakstā ir detalizēti aprakstīts trīs{0}}fāzu viedā skaitītāja aparatūras princips un programmatūras dizains, kas balstīts uz ARM mikroshēmu-LPC2148. Izstrādātajā trīs-fāzu viedajā skaitītājā ir integrētas elektroenerģijas parametru mērīšanas un displeja funkcijas, un tā priekšrocības ir augsta integrācija, spēcīgas funkcijas, zemas izmaksas un spēcīga pret-traucējumu spēja. Datu pārraidei tiek izmantots rūpnieciskā standarta 485 sakaru protokols, kas uzlabo datu pārraudzības reāllaika veiktspēju un labi atbilst viedās jaudas pārvaldības prasībām. Eksperimentālā testa rezultāti liecina, ka aktīvās mērīšanas precizitāte un reaktīvās mērīšanas precizitāte datu informācijā, ko apkopo trīs-fāzu viedais skaitītājs, atbilst sistēmas konstrukcijas prasībām un tai ir augsta pielietojuma vērtība.