CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài. Đánh giá vào sản phẩm mô hình mình làm có đạt hay không, đạt bao nhiêu phần trăm, đánh giá sai số nếu có liên quan đến các đo lường các đại lượng, nguyên nhân sai số, tính ổn định của hệ thống… Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Kết luận các vấn đề đạt được, chưa đạt được của đề tài. Đưa ra hướng phát triển để tăng thêm chức năng, mở rộng khả năng điều khiển, tính linh hoạt của hệ thống. 4 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN NĂNG TRONG CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ Phương pháp được thể hiện qua sơ đồ: Hình 2.
Cấu trúc công tơ điện tử. Hai điện áp U1 và U2 được 2 bộ ADC biến thành số N1= K1U1 và N2=K2U2. Bộ nhân (N1xN2) được thực hiện trong không gian số bằng một vi xử lý. Nếu 2 bộ ADC có tốc độ đủ lớn thì N1t, N2t tỷ lệ với giá trị tức thời của U1 và U2.
Tích số: Nt= N1t.N2t tỷ lệ với giá trị tức thời của công suất tác dụng. Từ phương trên ta có sơ đồ khối chung cho một thiết bị đo điện năng. Thiết bị gồm một chuyển đổi dòng điện và một chuyển đổi điện áp sao cho phù hợp. Các giá trị dòng điện và điện áp sau khi chuyển đổi được đưa vào bộ chuyển đổi ADC trước khi vào bộ xử lý trung tâm xử lý kết quả đo.
Số liệu sau khi xử lý được lưu giữ trong EFPROM, hiển thị kết quả hoặc truyền ra ngoài để giao tiếp với một thiết bị khác. Sơ đồ khối của công tơ điện tử. 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Với sơ đồ khối như trên ta có 2 giải pháp để lựa chọn như sau: Thứ nhất là giải pháp sử dụng DSP có tích hợp ADC.
DSP xử lý số tín hiệu từ ADC, tính toán ra các đại lượng cần thiết cho phép giao tiếp trực tiếp với vi xử lý (MCU) khác và các ngoại vi. DSP có tích hợp ADC. Thứ hai là giải pháp dùng ADC có tích hợp DSP, cho phép xử lý các tín hiệu đo, tính toán các đại lượng cần thiết. Không giao tiếp được trực tiếp với ngoại vi mà phải thông qua một vi xử lý (MCU).
Với cấu trúc này, các ADC được chế tạo chuyên biệt nên độ chính xác cao, thuận tiện hơn khi sử dụng. ADC có tích hợp DSP. Đây cũng chính là cấu trúc hoạt động của các IC đo công suất của hãng Analog Device. Nhóm tôi chọn giải pháp này để ứng dụng vào đề tài của mình.
[4] 6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào: nút nhấn, CT, ADE7753. Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, LED, module wifi ESP8266 v1. Thiết bị điều khiển trung tâm: vi xử lý STM32F103C8T6. Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, SPI.
Bộ nhớ lưu trữ: Flash. Tính công suất và năng lượng tác dụng Công suất tức thời được định nghĩa bằng tích của điện áp và dòng điện tức thời: P(t ) u (t )i (t ) 2UI sin(t ) sin(t ) UI cos( ) UI cos(2t ) (2.1) Giá trị trung bình của công suất được tính bằng công thức: nT 1 (2.2) nT 0 P p(t )dt UI cos Trong đó: T là chu kỳ tín hiệu. P là công suất tác dụng. Từ công thức trên ta nhận thấy giá trị công suất tác dụng là thành phần một chiều của công suất tức thời.
Trên cơ sở đó ADE7753 thực hiện tính công suất tác dụng bằng cách đưa tín hiệu đầu ra của bộ ΣΔADC qua bộ nhân để tính giá trị tức thời của công suất. Sau đó tín hiệu được đưa qua bộ lọc thông thấp (LPF2) để tách lấy thành phần một chiều P. Tính công suất tác dụng. 7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Việc đọc giá trị công suất tác dụng sẽ được thực hiện bằng cách đọc giá trị thanh ghi WAVEFORM khi đặt thanh ghi MODE[14:13]=0, 0. Mối quan hệ giữa công suất và năng lượng được thể hiện qua công thức: (2.3) E p(t )dt lim{ p(nT )T } T 0 n 1 Trong đó: n là số mẫu T là chu kỳ lấy mẫu Nguyên lý đo công suất và năng lượng tác dụng của ADE7753: Hình 2. Xử lý tín hiệu năng lượng tác dụng. Tín hiệu số sau khi qua bộ ΣΔADC được qua bộ nhân tín hiệu để đưa ra giá trị công suất tức thời.
Giá trị này sau đó được đưa qua bộ lọc thông thấp để loại trừ những dao động tần số cao. ADE7753 thực hiện phép tích phân công suất tức thời bằng cách tích lũy liên tục các tín hiệu công suất tác dụng sau khi qua bộ lọc thông thấp. Giá trị năng lượng tác dụng sau đó được ghi vào thanh ghi AENERGY [23:0]. Để hiệu chỉnh sai số của phép đo, ADE7753 cung cấp 2 thanh ghi APOS (thanh ghi có dấu 16bit) và thanh ghi WGAIN (thanh ghi có dấu 12 bit) giúp triệt tiêu giá trị offset cũng như hiệu chỉnh giá trị công suất và năng lượng.
Ngoài ra ADE7753 cung cấp chế độ tích lũy năng lượng theo chu kỳ tín hiệu để loại bỏ thành phần dao động nhỏ trong năng lượng tác dụng. Để tính năng lượng trong chế độ này, đặt bit 7 (CYCMODE=1) trong thanh ghi MODE. ADE tích lũy năng lượng và chứa trong thanh ghi LAENERGY trong n chu kỳ tín hiệu. Số nguyên lần nửa chu kỳ được đặt trong thanh 8 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ghi 16 bit LINECYC. Khi kết thúc quá trình tích lũy thì cờ báo ngắt CYCEND của thanh ghi trạng thái sẽ bằng 1. Tích lũy năng lượng tác dụng. Tính dòng điện hiệu dụng Giá trị hiệu dụng của tín hiệu v(t) được tính bằng công thức: 1 T (2.4) VRMS=Vrms V (t ) 2 dt T 0 Giá trị hiệu dụng của tín hiệu khi được lấy mẫu: 1 N (2.5) VRMS=Vrms V (i) 2 N i 0 ADE7753 tính toán đồng thời giá trị hiệu dụng cho kênh 1 và kênh 2 ở các thanh ghi khác nhau.
Tính toán dòng điện hiệu dụng. 9 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giá trị dòng điện hiệu dụng được lưu trữ trong thanh ghi không dấu 24 bít IRMS Ở chế độ đầu vào lớn nhất (0.5V) thì giá trị thanh ghi IRMS đạt được là 1868467d (0x1C82B3). ADE7753 cung cấp phép đo dòng hiệu dụng với độ chính xác đạt 0.5% với dải đo đầu vào kênh 1 tương ứng là full-scale/100 đến full-scale (toàn thang).
Ngoài ra, giá trị dòng điện hiệu dụng có thể được chỉnh offset qua thanh ghi 12 bít IRMSOS. Giá trị dòng điện hiệu dụng sau khi chỉnh offset được thể hiện qua công thức: [1] IRMS IRMS0 IRMSOS 32768 (2. Tính điện áp hiệu dụng Giá trị điện áp hiệu dụng được lưu trữ trong thanh ghi không dấu 24 bít VRMS Ở chế độ đầu vào lớn nhất (0.5V) thì giá trị thanh ghi VRMS đạt được là 1561400d (0x17D338). ADE7753 cung cấp phép đo điện áp hiệu dụng với độ chính xác đạt 0.5% với dải đo đầu vào kênh 1 tương ứng là full-scale/20 đến full-scale.
Giá trị điện áp hiệu dụng có thể được chỉnh offset qua thanh ghi 12 bít VRMSOS. Giá trị điện áp hiệu dụng sau khi hiệu chỉnh được thể hiện qua công thức: VRMS VRMS0 VRMSOS (2.7) Giá trị lớn nhất của thanh ghi VRMS là 1561400 (0x17D338) [1]. Tính điện áp hiệu dụng. 10 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2.
Truyền thông nối tiếp trong ADE7753 ADE7753 giao tiếp với ngoại vi thông qua cổng truyền thông SPI với bốn dây tín hiệu DIN, DOUT, SCLK, CS. Việc giao tiếp giữa ADE7753 và ngoại vi được điều khiển bằng thanh ghi truyền thông 8 bits. Bit MSB (Most Significant Byte) trong thanh ghi truyền thông sẽ quyết định hoạt động truyền dữ liệu tiếp theo sẽ là đọc hay ghi. 6 bit LSB (Least Significant Byte) từ A0 đến A5 chứa địa chỉ của thanh ghi sẽ truy cập đến.
Giao diện nối tiếp của ADE 7753 được tạo bởi 4 tín hiệu: SCLK, DIN, DOUT, và CS. Chân SCLK là chân nhịp xung nối tiếp cho việc truyền dữ liệu. Chân logic này là chân 3 trạng thái, cho phép sử dụng cạnh lên hoặc cạnh xuống làm xung clock. Tất cả các hoạt động truyền dữ liệu đều được đồng bộ với xung clock nối tiếp.
Dữ liệu truyền vào ADE7753 thông qua chân DIN khi có cạnh xuống của xung clock. Dữ liệu truyền ra ngoài ADE7753 thông qua chân DOUT khi có cạnh lên của xung clock. Chân CS là chân chọn chip. Chân này được sử dụng khi có nhiều thiết bị cùng sử dụng giao diện nối tiếp.
Xung cạnh xuống ở chân này đồng thời reset và cho phép ADE7753 vào chế độ truyền thông. Mức logic của chân này phải để ở mức thấp trong suốt quá trình truyền dữ liệu. Đặt vào chân này mức logic cao trong suốt quá trình truyền dữ liệu đồng nghĩa với việc bỏ qua hoạt động truyền và đặt bus nối tiếp vào trạng thái tổng trở cao. Quá trình ghi dữ liệu Việc ghi dữ liệu nối tiếp liên tục được thực hiện như sau: Với ADE7753 đang ở chế độ truyền thông, trước tiên phải ghi dữ liệu vào cho thanh ghi truyền thông.
Bit MSB có giá trị là 1, biểu thị hoạt động truyền dữ liệu là viết vào thanh ghi của ADE. Các bit LSB sẽ định ra địa chỉ của thanh ghi được ghi tới. ADE7753 sẽ bắt đầu truyền dữ liệu khi có xung cạnh xuống của xung SCLK. Trong một quá trình ghi dữ liệu vào cho ADE7753, dữ liệu được truyền từng Byte một.
Sau khi 1 Byte đã được đưa vào cổng nối tiếp, sẽ có một thời gian hạn chế trước khi nó được chuyển đến một thanh ghi trên chip của ADE 7753. Mặc dù một Byte thứ hai có thể chuyển đến cổng nối tiếp trong khi byte trước đó đang được đến một thanh ghi trên chip nhưng hoạt động truyền byte thứ 2 này không nên kết thúc sớm hơn 4 µs sau khi byte trước đó được truyền đi. 11 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Quá trình ghi dữ liệu vào ADE7753 b. Quá trình đọc dữ liệu Dữ liệu được đưa ra ngoài ADE7753 thông qua chân DOUT khi gặp cạnh lên của SCLK. Như trường hợp ghi dữ liệu, trước khi đọc dữ liệu phải ghi dữ liệu cho phép đọc vào trong thanh ghi truyền thông.