giám sát các thông số nguồn lưới

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Môn : Thiết kế hệ thống nhúng
Đề tài : Giám sát các thông số nguồn lưới
GVHD : Nguyễn Đình Luyện
Các thành viên:
1. Nguyễn Tấn Anh
2. Nguyễn Quốc Tuấn
3. Đỗ Linh Giang
4. Nguyễn Hữu Quốc
NỘI DUNG
Phần I: Nội dung bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng
1. Yêu thiết kế
2. Lựa chọn phương án thiết kế
3. Thiết kế phần cứng
4. Xây dựng chương trình điều khiển
5. Kết quả đạt được
Phần II: Hướng phát triển đề tài
1. Truyền dữ liệu sử dụng module RF APC220-443
2. Giao tiếp giữa 2 vi điều khiển bằng module RF
3. Gửi dữ liệu lên Web ,thống kê,vẽ đồ thị
4. Xây dụng mô hình Webserver quản lý trạm tập trung
Phần III: Kết luận
1. Yêu cầu thiết kế

Đo và giám sát tức thời các thông số nguồn lưới :điện áp, dòng điện, tần số ,công suất.

Đồng thiết kế (Co - design) : MCU (Pic18f4620) + DSP (Ade7753).

Thu thập và gửi dữ liệu lên máy tính thông qua RS232


Tích hợp IC thời gian thực

Xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính và vẽ đồ thị từ số liệu có được.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
2. Lựa chọn phương án thiết kế :

Có 2 khối kênh dòng và kênh áp làm đầu vào của tín hiệu cần đo thông qua tỉ
lệ của biến dòng và biến áp.

Sai số của phép đo khoảng 0.1%

Sử dụng 2 nguồn tương tự và nguồn số

Tần số thạch anh cho chíp : 3.579545 Mhz

Giao tiếp theo chuẩn SPI.

IC ADE7753 là một IC chuyên dụng được sử dụng trong việc đo và giám sát được các thông số nguồn lưới.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Với dung lượng bộ nhớ lớn (64K) thích hợp cho ứng dụng lớn , tiếp tục phát
triển đề tài sau này.

Hỗ trợ nhiều chuẩn truyền thông trong đó có SPI ,Uart thích hợp cho việc
giao tiếp giữa pic18f4620 với Ade7753.

Là dòng vi điều khiển được hỗ trợ nhiều công cụ để phát triển, trong đó
MikroC pro for Pic là công cụ được lựa chọn để viết mã.


PIC18F4620 là vi điều khiển thích hợp đáp úng tốt yêu cầu đặt ra
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Để số liệu thu thập được có ý nghĩa về mặt thời gian thì cần có IC thời gian thực (DS1307). Mỗi khi cập nhật một giá trị mới sẽ
tương ứng với một thời điểm xác định.

Matlab là phần mềm được sử dụng để xây dựng giao diện điều khiển và vẽ đồ thị trên máy tính.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
3. Thiết kế phần cứng :

Ade7753 sử dụng thach anh 3.579545 Mhz để hoạt động, 2 tụ 22p nối với thạch anh để ổn định dao động.

Ade7753 sử dụng 2 nguồn là nguồn tương tự và nguồn số .2 nguồn này phải được cách ly qua cuộn cảm 330 uH.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Kênh dòng và kênh áp được lấy từ 1 nguồn. Nguồn điện 220V được hạ xuống 12V qua biến áp 220-12V/5A .Dòng điện được qua biến dòng tỉ lệ
1:1500 .Dòng điện thứ cấp bên biến dòng là: 5/1500=3.33 mA
Do mức điện áp xoay chiều đầu vào lớn nhất giữa V1N và V1P là 0.5 V để ADE 7753 có thể lấy mẫu được. Các giá trị điện trở R1 và R2 sẽ là:
=150 (ôm)
Chọn giá trị điện trở R1 = R2 = 68 Ω
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
Điện áp 220V được hạ áp xuống 12V qua biến áp 220 - 12V.Do mức tín hiệu đầu vào lớn nhất của đầu vào V2P so với AGND là 0.5V nên các giá trị điện trở
R14 và R15 được tính theo công thức.
= 0.5V
Chọn R7 = 1K

= 0.5
R5+R6 ≥ 24 (kΩ)

Chọn R5 = R6 = 15KΩ
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

ADE 7753 có phân biệt 2 nguồn, nguồn số DVDD và nguồn tương tự AVDD :
Nguồn tương tự AVDD cung cấp điện áp cho các mạch tương tự.Điện áp này thường thay đổi và không ổn định.
Nguồn số DVDD cung cấp điện áp cho các mạch xử lí số, thường dùng để nuôi bộ ADC, áp tham chiếu, MCU nên điện áp này phải là điện áp
tĩnh,bằng phẳng.
Nếu chập 2 nguồn này lại sẽ gây sai số trong phần xử lí, tính toán của ADE 7753.Nên hai nguồn này cần được tách ra bằng cuộn cảm L1 và L2
330uH.

ADE 7753 có phân biệt 2 mass, mass số DGND mass tương tự AGND :
Để giảm ảnh hưởng của nhiễu này cần tách 2 mass AGND và DGND bằng cuộn cảm L3 330uH.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Khối này có nhiệm vụ truyền dữ liệu thu nhận được thông qua đường truyền hữu tuyến hoặc vô tuyến lên máy tính. Khối này được thiết
kế để sử sụng cả 2 module HMTR 443/TTL và APC220-443.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Khối Real time sử dụng Ic thời gian thực DS1307 với tần số thạch anh 32.768Mhz. cung cấp các giá trị thời gian từ các thanh ghi để vi
điều khiển ra quyết định điều khiển tắt mở các thiết bị theo thời gian thực.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
Khối công suất điều khiển thiết bị
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
Ảnh 3D
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Hoạt động ghi nối tiếp của ADE 7753
4. Xây dựng chương trình điều khiển:
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG


Hoạt động đọc nối tiếp của ADE 7753
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Lưu đồ thuật toán quá trình đọc 2 thanh ghi VRMS và IRMS
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Tính toán xử lý số liệu sau khi đọc được

Tính toán dòng điện

Với tín hiệu đầu vào tương tự lớn nhất là 0,5 V, ADC tạo ra một mã đầu ra khoảng ± 2,642,412d. Giá trị rms tương đương của một tín hiệu
xoay chiều hoàn chỉnh là 1,868,467d (0x1C82B3).
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Tính toán điện áp:

ADE7753 tính toán giá trị hiệu dụng RMS bằng cách sử dụng việc tính giá trị trung bình tuyệt đối như trong hình 2.7. Giá trị rms kênh 2 được cung
cấp từ các mẫu được sử dụng trong chế độ lấy mẫu dạng sóng kênh 2. Giá trị rms suy giảm không đáng kể do LPF1. Giá trị RMS kênh 2 được lưu trữ
trong thanh ghi VRMS không dấu, 24 bit. Tốc độ cập nhật của phép đo rms kênh 2 là CLKIN/4. Với tín hiệu đầu vào tương tự xoay chiều hoàn chỉnh
không được vượt quá 0.5V, đầu ra từ LPF1 dao dộng giữa 0x2518 và 0xDAE8 ở tần số 60 Hz. Giá trị rms tương ứng của tín hiệu xoay chiều hoàn chỉnh
này khoảng 1,561,400 (0x17 D338) trong thanh ghi VRMS. Phép đo điện áp rms cung cấp trong ADE7753 chính xác tới ±0.5%.
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Tính toán công suất:
Thanh ghi lưu giá trị công suất đo được là thanh ghi AENERGY 24 bit, không dấu

Tính toán tần số :
Với tấn số thạch anh dùng cho ade là 3.579545 Mhz thì tần số lưới điện tính theo công thức F(Hz)=(3579545/8)/giá trị thanh ghi Period
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Kết quả hiển thị trên mạch thực tế
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
5. Kết quả đạt được
Giao diện điều khiển Matlab
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
5. Kết quả đạt được
5. Kết quả đạt được
Đồ thị điện áp trên Matlab
PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG