บทความนี้จะแนะนำเครื่องวัดกำลังไฟฟ้าแบบสามเฟส-ซึ่งควบคุมโดยโปรเซสเซอร์หลัก ARM โดยมีการอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ มิเตอร์ตั้งค่าพารามิเตอร์กำลังที่ตรวจสอบการวัดและแสดงผลโดยรวม พารามิเตอร์ไฟฟ้าวัดโดยชิปพิเศษ-CS5463 ซึ่งออกแบบมาสำหรับการวัดพารามิเตอร์ไตรซิตี้ของ elec- มิเตอร์ไฟฟ้ามีการบูรณาการสูง ต้นทุนต่ำ ใช้พลังงานต่ำ และมีความสามารถในการป้องกัน-การรบกวนที่แข็งแกร่ง มิเตอร์ไฟฟ้าสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของการจัดการอัจฉริยะ- มิเตอร์สามารถสื่อสารกับตัวควบคุมหลักผ่านชิป MAX485 และสามารถบรรลุฟังก์ชันการส่งข้อมูลระยะไกล มิเตอร์สามารถบรรลุฟังก์ชันการตรวจสอบตามเวลาจริง- การเก็บข้อมูล และมีโอกาสนำไปใช้งานที่ดีได้อย่างง่ายดาย
คำสำคัญ:มิเตอร์ไฟฟ้าสาม-เฟส;LPC2148;CS5463;ARM
เนื้อหา
2.แนวคิดการออกแบบโดยรวมของฮาร์ดแวร์มิเตอร์อัจฉริยะสาม-เฟส
3.การออกแบบวงจรของแต่ละโมดูลการทำงาน
3.1 การออกแบบระบบควบคุมมิเตอร์อัจฉริยะสาม-เฟสโดยใช้ ARM
3.2วงจรฮาร์ดแวร์ตรวจจับและวัดพลังงาน
ปัจจุบันการประยุกต์ใช้มิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าในและต่างประเทศอยู่ในขั้นตอนของความนิยมของมิเตอร์อัจฉริยะ โดยมีไมโครโปรเซสเซอร์เป็นแกนหลัก มิเตอร์อัจฉริยะใช้เทคโนโลยีการสุ่มตัวอย่างแบบดิจิทัลเพื่อทำการคำนวณและประมวลผลแบบดิจิทัลกับแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ และตระหนักถึงการวัดพลังงานไฟฟ้าและการตรวจสอบข้อมูลกำลัง กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และข้อมูลพารามิเตอร์กริดอื่นๆ ด้วยการส่งเสริมและการก่อสร้างกริดอัจฉริยะทั่วโลก มิเตอร์อัจฉริยะจะนำเสนอความต้องการอย่างมากของตลาด การใช้โหลดแบบไม่เชิงเส้นจำนวนมาก เช่น ลิฟต์ วงจรเรียงกระแสที่ไม่สามารถควบคุมได้ ตัวควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน ฯลฯ ได้ก่อให้เกิดมลภาวะฮาร์มอนิกที่ร้ายแรงมากขึ้นต่อโครงข่ายไฟฟ้า ปัจจุบันเครื่องวัดพลังงานไฟฟ้าและเครื่องมือวัดพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าอื่นๆ ได้รับการออกแบบตามความถี่ของกำลังไฟฟ้า เมื่อสัญญาณอินพุตมีฮาร์โมนิค จะไม่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น นอกเหนือจากการวัดพลังงานไฟฟ้าและพารามิเตอร์การวัดอย่างแม่นยำ เช่น กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ กระแส แรงดันไฟฟ้า ตัวประกอบกำลัง ฯลฯ ในโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว มิเตอร์วัดพลังงานอัจฉริยะควรมีฟังก์ชันการอ่านมิเตอร์อัตโนมัติและการส่งข้อมูลระยะไกลด้วย
บทความนี้ใช้ชิป ARM เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ในการออกแบบมิเตอร์อัจฉริยะที่สามารถรับรู้การส่งข้อมูลระยะไกลแบบมีเงื่อนไขและมีฟังก์ชันการอ่านมิเตอร์อัตโนมัติ มิเตอร์มีข้อดีคือ ต้นทุนต่ำ การวัดที่แม่นยำ ประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์-ที่ดี และการจัดการที่สะดวก
2.แนวคิดการออกแบบโดยรวมของฮาร์ดแวร์มิเตอร์อัจฉริยะสาม-เฟส
มิเตอร์อัจฉริยะแบบสามเฟส-ใช้ชิป ARM-LPC2148 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ และชิปวัดแสงเฉพาะ CS5463 เป็นชิปสุ่มตัวอย่างและประมวลผลข้อมูลพลังงานไฟฟ้าสามเฟส บนพื้นฐานของการรับรู้ฟังก์ชันของมิเตอร์สามเฟสแบบเดิม- เครื่องวัดจะสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์ผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสาร RS485 เพื่อให้ทราบถึงการส่งข้อมูลระยะไกล
วงจรฮาร์ดแวร์ของระบบส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ส่วน: (1) ระบบบอร์ดหลัก ARM; (2) วงจรสุ่มตัวอย่างกำลังไฟฟ้าสามเฟสและประมวลผลข้อมูล (3) ชิป MAX485 และวงจรการสื่อสารคอมพิวเตอร์โฮสต์ (4) อุปกรณ์ภายนอกที่จำเป็นอื่นๆ เช่น ปุ่ม จอแสดงผล ฯลฯ
การออกแบบมิเตอร์ใช้ชิป LPC2148 ARM เป็นโครงสร้างฮาร์ดแวร์ของมิเตอร์กำลังไฟฟ้าสามเฟส-สำหรับโปรเซสเซอร์ควบคุม การตรวจสอบข้อมูลพารามิเตอร์พลังงานใช้ชิปเฉพาะการวัดพลังงาน CS5463; ใช้เมทริกซ์ขนาด 128 × 64 เพื่อรับฟังก์ชั่นการแสดงผล LCD ซึ่งรวมการวัดพารามิเตอร์พลังงานและฟังก์ชันการแสดงผล การสื่อสารระยะไกลข้อมูลมิเตอร์อัจฉริยะทำได้โดยใช้ชิปสื่อสาร RS485 MAX485
3.การออกแบบวงจรของแต่ละโมดูลการทำงาน
วงจรระบบฮาร์ดแวร์ของมิเตอร์อัจฉริยะสามเฟส-ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวงจรพื้นฐานของศูนย์ไมโครคอนโทรลเลอร์ วงจรตรวจจับพลังงานและเก็บข้อมูล วงจรจ่ายไฟ วงจรแสดงผล และวงจรอินเทอร์เฟซการสื่อสาร RS485 ตัวควบคุมหลัก LPC2148 อ่านข้อมูลของโมดูลรับพลังงานสามโมดูลโดยมีชิป CS5463 เป็นแกนหลักผ่านอินเทอร์เฟซ SPI ในตัว- และรับรู้ถึงฟังก์ชันการส่งข้อมูลระยะไกลผ่าน- พอร์ตอนุกรมการสื่อสารในตัวและโปรโตคอลการสื่อสาร 485
3.1 การออกแบบระบบควบคุมมิเตอร์อัจฉริยะสาม-เฟสโดยใช้ ARM
มิเตอร์อัจฉริยะแบบสามเฟส-ใช้ชิป ARM-LPC2148 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ และใช้ชิปวัดพลังงานเฉพาะสามตัว CS5463 เพื่อให้ทราบถึงการสุ่มตัวอย่างข้อมูลตารางและการประมวลผลข้อมูล และแลกเปลี่ยนข้อมูลกับ MCU ในเวลา-ที่แบ่งปันผ่านอินเทอร์เฟซ SPI เพื่อให้ทราบถึงการตรวจจับข้อมูลและฟังก์ชันการสุ่มตัวอย่างของ ไฟสาม-เฟส; LPC2148 เชื่อมต่อกับชิป MAX485 ผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรมของตัวเอง เพื่อรับฟังก์ชั่นการส่งข้อมูลระยะไกล
3.2 วงจรฮาร์ดแวร์ตรวจจับและวัดพลังงาน
วงจรนี้ใช้ชิปวัดกำลังเฟสเดียว-โดยเฉพาะ CS5463 เป็นแกนหลัก การออกแบบวงจรใช้ชิป CS5463 สามตัวในการวัดกำลังของเส้นเดียวตามลำดับ จากนั้นจึงทำการตรวจจับและประมวลผลข้อมูลกำลังไฟฟ้าสามเฟส-ในระบบโครงข่ายไฟฟ้าผ่านการรวมข้อมูล รูปแบบการใช้งานเฉพาะแสดงอยู่ในรูปที่ 2 ในวงจรฮาร์ดแวร์สำหรับการตรวจจับและการวัดพลังงาน การออกแบบการแยกทางไฟฟ้าถูกนำมาใช้ระหว่างสายไฟและ CS5463 การแยกทางไฟฟ้าทำได้ผ่านหม้อแปลงสองตัวและหม้อแปลงกระแสหนึ่งตัว ในบรรดาหม้อแปลงไฟฟ้าตัวหนึ่งคือหม้อแปลงธรรมดาซึ่งใช้ในการจ่ายไฟ DC ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของ CS5463 อีกประเภทหนึ่งเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าอิมพีแดนซ์ต่ำ-แม่นยำสูง- โดยมีการลดทอนและการหน่วงเฟสน้อยมากภายใต้ฮาร์โมนิกที่สูงกว่า ซึ่งใช้ในการวัดข้อมูลแรงดันไฟฟ้า หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าใช้ในการวัดข้อมูลปัจจุบันของสายไฟ ตัวต้านทานเชื่อมต่อผ่านตัวรองของหม้อแปลงกระแสเพื่อสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการตรวจจับกระแสสำหรับช่องกระแสของ CS5463
การออกแบบซอฟต์แวร์ของมิเตอร์อัจฉริยะสาม-ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ส่วน:
(1) โปรแกรมควบคุมหลัก LPC2148; (2) โปรแกรมรับและประมวลผลข้อมูล CS5463 (3) โปรแกรมสื่อสาร MAX485; (4) โปรแกรมเสริมไดรเวอร์สำหรับอุปกรณ์ภายนอก เช่น แป้นพิมพ์และจอแสดงผล
บทความนี้จะแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับหลักการด้านฮาร์ดแวร์และการออกแบบซอฟต์แวร์ของมิเตอร์อัจฉริยะสามเฟส-ที่ใช้ชิป ARM-LPC2148 มิเตอร์อัจฉริยะแบบสามเฟส-ที่ออกแบบมาผสมผสานการวัดพารามิเตอร์พลังงานไฟฟ้าและฟังก์ชันการแสดงผล และมีข้อดีของการบูรณาการสูง ฟังก์ชันที่แข็งแกร่ง ต้นทุนต่ำ และความสามารถในการป้องกัน-สัญญาณรบกวนที่แข็งแกร่ง โปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐานอุตสาหกรรม 485 ใช้เพื่อรับรู้การส่งข้อมูล ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพ-แบบเรียลไทม์ของการตรวจสอบข้อมูล และตรงตามข้อกำหนดของการจัดการพลังงานอัจฉริยะได้เป็นอย่างดี ผลการทดสอบเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าความแม่นยำในการสูบจ่ายแบบแอ็คทีฟและความแม่นยำในการสูบจ่ายแบบรีแอกทีฟในข้อมูลข้อมูลที่รวบรวมโดยมิเตอร์อัจฉริยะสามเฟส- ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบระบบและมีมูลค่าการใช้งานสูง