Bài viết này giới thiệu một-đồng hồ đo điện ba pha được điều khiển bởi bộ xử lý lõi ARM, phần cứng và phần mềm của nó đã được mô tả chi tiết. Đồng hồ đo giám sát và hiển thị toàn bộ thông số công suất. Thông số điện được đo bằng chip đặc biệt-CS5463 được thiết kế để đo thông số điện- ba thành phần. Đồng hồ điện có khả năng tích hợp cao, chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp và khả năng chống nhiễu mạnh mẽ. Đồng hồ điện có thể đáp ứng các yêu cầu về năng lượng của hệ thống quản lý thông minh-. Đồng hồ đo có thể giao tiếp với bộ điều khiển chính thông qua chip MAX485 và có thể đạt được chức năng truyền dữ liệu từ xa. Đồng hồ có thể dễ dàng đạt được chức năng giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu và có triển vọng ứng dụng tốt.
Từ khóa:Đồng hồ đo điện ba pha;LPC2148;CS5463;ARM
Nội dung
2.Ý tưởng thiết kế tổng thể của phần cứng đồng hồ thông minh ba pha
3. Thiết kế mạch của từng module chức năng
3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển công tơ thông minh ba pha-dựa trên ARM
3.2 Mạch phần cứng đo và phát hiện nguồn
Hiện nay, việc ứng dụng đồng hồ đo năng lượng điện trong và ngoài nước đang trong giai đoạn phổ biến đồng hồ đo thông minh. Với bộ vi xử lý làm cốt lõi, đồng hồ đo thông minh sử dụng công nghệ lấy mẫu kỹ thuật số để thực hiện tính toán và xử lý kỹ thuật số trên điện áp và dòng điện đo được, đồng thời thực hiện đo năng lượng điện và giám sát thông tin về công suất, dòng điện, điện áp và các thông số lưới điện khác. Với việc thúc đẩy và xây dựng lưới điện thông minh trên toàn thế giới, đồng hồ đo thông minh sẽ có nhu cầu thị trường rất lớn. Việc sử dụng một số lượng lớn tải phi tuyến, chẳng hạn như thang máy, bộ chỉnh lưu không điều khiển, bộ điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi, v.v., đã gây ô nhiễm sóng hài ngày càng nghiêm trọng cho lưới điện. Hiện nay, máy đo năng lượng điện và các dụng cụ đo thông số điện khác được thiết kế theo tần số nguồn điện. Khi tín hiệu đầu vào chứa sóng hài thì không thể đạt được phép đo chính xác. Vì vậy, ngoài việc đo chính xác năng lượng điện và đo các thông số như công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, hệ số công suất... trong lưới điện, đồng hồ đo năng lượng thông minh còn cần có chức năng đọc đồng hồ tự động và truyền dữ liệu từ xa.
Bài báo này sử dụng chip ARM làm bộ vi xử lý để thiết kế một đồng hồ thông minh có thể thực hiện truyền dữ liệu có điều kiện từ xa và có chức năng đọc đồng hồ tự động. Đồng hồ đo có ưu điểm là chi phí thấp, đo lường chính xác, hiệu suất-theo thời gian thực tốt và quản lý thuận tiện.
2.Ý tưởng thiết kế tổng thể của phần cứng đồng hồ thông minh ba pha
Đồng hồ thông minh ba pha-sử dụng chip ARM-LPC2148 làm bộ vi xử lý và chip đo lường chuyên dụng CS5463 làm chip xử lý và lấy mẫu thông tin dữ liệu năng lượng điện ba pha. Trên cơ sở hiện thực hóa các chức năng của đồng hồ đo ba pha-truyền thống, nó giao tiếp với máy tính chủ thông qua giao diện giao tiếp RS485 để thực hiện việc truyền thông tin dữ liệu từ xa.
Mạch phần cứng của hệ thống chủ yếu bao gồm bốn phần: (1) Hệ thống bo mạch lõi ARM; (2) mạch xử lý dữ liệu và lấy mẫu nguồn ba-pha; (3) Chip MAX485 và mạch giao tiếp máy tính chủ; (4) các thiết bị bên ngoài cần thiết khác, chẳng hạn như nút bấm, màn hình, v.v.
Thiết kế đồng hồ đo sử dụng chip ARM LPC2148 làm cấu trúc phần cứng của đồng hồ đo điện ba pha cho bộ xử lý điều khiển; giám sát thông tin thông số công suất sử dụng chip chuyên dụng đo công suất CS5463; ma trận điểm 128 × 64 được sử dụng để thực hiện chức năng hiển thị LCD, tích hợp chức năng đo và hiển thị thông số công suất. Việc truyền dữ liệu từ xa của đồng hồ thông minh được thực hiện bằng cách sử dụng chip truyền thông RS485 MAX485.
3. Thiết kế mạch của từng module chức năng
Mạch hệ thống phần cứng của đồng hồ thông minh ba pha-chủ yếu bao gồm mạch cơ bản của trung tâm vi điều khiển, mạch phát hiện nguồn và thu thập dữ liệu, mạch cấp nguồn, mạch hiển thị và mạch giao diện truyền thông RS485. Bộ điều khiển chính LPC2148 đọc dữ liệu của ba mô-đun thu năng lượng với chip CS5463 làm lõi thông qua giao diện SPI tích hợp sẵn và thực hiện chức năng truyền dữ liệu từ xa thông qua cổng nối tiếp giao tiếp tích hợp sẵn và giao thức truyền thông 485.
3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển công tơ thông minh ba pha-dựa trên ARM
Đồng hồ thông minh ba pha-sử dụng chip ARM-LPC2148 làm bộ vi xử lý và sử dụng ba chip đo năng lượng chuyên dụng CS5463 để thực hiện lấy mẫu và xử lý dữ liệu dữ liệu lưới, đồng thời trao đổi dữ liệu với MCU trong thời gian-chia sẻ thông qua giao diện SPI, để thực hiện chức năng lấy mẫu và phát hiện dữ liệu của nguồn điện ba{5}}pha; LPC2148 được kết nối với chip MAX485 thông qua giao diện truyền thông nối tiếp của chính nó, để thực hiện chức năng truyền dữ liệu từ xa.
3.2 Mạch phần cứng đo và phát hiện nguồn
Mạch này sử dụng chip đo công suất một pha chuyên dụng CS5463 làm lõi. Thiết kế mạch sử dụng ba chip CS5463 để đo công suất của một đường dây tương ứng, sau đó hoàn thành việc phát hiện và xử lý thông tin nguồn ba pha trong lưới điện thông qua kết hợp dữ liệu. Sơ đồ triển khai cụ thể được hiển thị trong Hình 2. Trong mạch phần cứng để thực hiện phát hiện và đo lường nguồn điện, một thiết kế cách ly điện được áp dụng giữa đường dây điện và CS5463. Việc cách ly điện đạt được thông qua hai máy biến áp và một máy biến dòng. Trong số các máy biến áp, một máy là máy biến áp thông thường, được sử dụng để cung cấp nguồn DC cần thiết cho hoạt động của CS5463; cái còn lại là một máy biến áp có độ chính xác cao,{11}}trở kháng thấp với độ suy giảm và độ trễ pha rất nhỏ trong điều kiện có sóng hài cao hơn, được dùng để đo thông tin điện áp. Máy biến dòng được sử dụng để đo thông tin dòng điện của đường dây điện. Một điện trở được nối qua phần thứ cấp của máy biến dòng để tạo ra tín hiệu điện áp cần thiết cho cảm biến dòng điện cho kênh dòng điện của CS5463.
Thiết kế phần mềm của-đồng hồ thông minh ba pha chủ yếu bao gồm bốn phần:
(1) Chương trình điều khiển chính LPC2148; (2) Chương trình thu thập và xử lý dữ liệu CS5463; (3) Chương trình truyền thông MAX485; (4) Chương trình hỗ trợ trình điều khiển cho các thiết bị bên ngoài như bàn phím và màn hình.
Bài viết này giới thiệu chi tiết nguyên lý phần cứng và thiết kế phần mềm của-đồng hồ thông minh ba pha dựa trên chip ARM-LPC2148. Đồng hồ thông minh ba pha-được thiết kế tích hợp các chức năng đo và hiển thị thông số năng lượng điện, đồng thời có ưu điểm là khả năng tích hợp cao, chức năng mạnh mẽ, chi phí thấp và khả năng chống nhiễu mạnh mẽ. Giao thức truyền thông 485 tiêu chuẩn công nghiệp được sử dụng để thực hiện việc truyền dữ liệu, giúp cải thiện hiệu suất giám sát dữ liệu theo thời gian thực và đáp ứng tốt các yêu cầu về quản lý năng lượng thông minh. Kết quả thử nghiệm thử nghiệm cho thấy độ chính xác đo sáng chủ động và độ chính xác đo phản ứng trong thông tin dữ liệu do đồng hồ thông minh ba pha- thu thập đáp ứng yêu cầu thiết kế hệ thống và có giá trị ứng dụng cao.