Această lucrare prezintă un contor de putere trifazic care este controlat de procesorul central ARM, hardware-ul și software-ul acestuia au fost descrise în detaliu. Contorul setează parametrii de putere care monitorizează măsurarea și afișează în ansamblu. Parametrii de electricitate măsurați cu un cip special-CS5463 care este proiectat pentru măsurarea parametrilor de electricitate-. Contorul de electricitate are o integrare ridicată, un cost redus, un consum redus de energie și o capacitate puternică anti-blocare. Contorul electric poate îndeplini cerințele energetice ale managementului inteligent-. Contorul poate comunica cu controlerul principal prin cipul MAX485 și poate realiza funcția de transmisie de date de la distanță. Poate realiza cu ușurință funcția de monitorizare-în timp real, achiziție de date și are o bună perspectivă de aplicare.
Cuvinte cheie:Contor de putere trifazat;LPC2148;CS5463;ARM
Conţinut
1. Design general al sistemului
2.Ideea generală de design a hardware-ului contorului inteligent în trei-faze
3. Proiectarea circuitului fiecărui modul funcțional
3.1 Proiectarea unui sistem de control trifazic al contorului inteligent bazat pe ARM
3.2 Circuitul hardware de detectare și măsurare a puterii
1. Design general al sistemului
În prezent, aplicarea contoarelor de energie electrică în țară și în străinătate se află în stadiul de popularizare a contoarelor inteligente. Cu microprocesoarele ca nucleu, contoarele inteligente folosesc tehnologia digitală de eșantionare pentru a efectua calcule și procesări digitale ale tensiunii și curentului măsurate și realizează măsurarea energiei electrice și monitorizarea puterii, curentului, tensiunii și a altor informații despre parametrii rețelei. Odată cu promovarea și construirea rețelelor inteligente în întreaga lume, contoarele inteligente vor prezenta o cerere uriașă pe piață. Utilizarea unui număr mare de sarcini neliniare, cum ar fi ascensoare, redresoare necontrolate, regulatoare de viteză cu frecvență variabilă etc., a provocat o poluare armonică din ce în ce mai gravă a rețelei electrice. În prezent, contoarele de energie electrică și alte instrumente de măsurare a parametrilor electrici sunt proiectate în funcție de frecvența puterii. Atunci când semnalul de intrare conține armonici, nu se poate realiza măsurarea precisă. Prin urmare, pe lângă măsurarea cu precizie a energiei electrice și măsurarea parametrilor cum ar fi puterea activă, puterea reactivă, curentul, tensiunea, factorul de putere etc. în rețeaua de energie, contoarele de energie inteligente ar trebui să aibă și funcții de citire automată a contoarelor și transmisie de la distanță a datelor.
Această lucrare folosește cip ARM ca microprocesor pentru a proiecta un contor inteligent care poate realiza transmisia condiționată de date la distanță și are funcție de citire automată a contorului. Contorul are avantajele costului redus, măsurării precise, performanței bune-în timp real și gestionării convenabile.
2.Ideea generală de design a hardware-ului contorului inteligent în trei-faze
Contorul inteligent trifazat folosește cip ARM-LPC2148 ca microprocesor și cip de măsurare dedicat CS5463 ca cip trifazic de prelevare și procesare a informațiilor despre energie electrică. Pe baza realizării funcțiilor contorului tradițional trifazic, acesta comunică cu computerul gazdă prin interfața de comunicare RS485 pentru a realiza transmiterea de la distanță a informațiilor de date.
Circuitul hardware al sistemului constă în principal din patru părți: (1) sistem de placă de bază ARM; (2) circuit trifazat de eșantionare a puterii și de procesare a datelor; (3) cip MAX485 și circuit de comunicare cu computerul gazdă; (4) alte dispozitive externe necesare, cum ar fi butoane, afișaje etc.
Designul contorului folosește cipul LPC2148 ARM ca structură hardware a contorului de putere trifazic-pentru procesorul de control; monitorizarea informațiilor despre parametrii de putere utilizează cipul dedicat pentru măsurarea puterii CS5463; matricea de puncte 128×64 este utilizată pentru a realiza funcția de afișare LCD, integrând funcțiile de măsurare a parametrilor de putere și afișare. Comunicarea de la distanță a datelor contorului inteligent este realizată prin utilizarea cipul de comunicare RS485 MAX485.
3. Proiectarea circuitului fiecărui modul funcțional
Circuitul sistemului hardware al contorului inteligent trifazat include în principal circuitul de bază al centrului de microcontroler, circuitul de detectare a puterii și de achiziție a datelor, circuitul de alimentare, circuitul de afișare și circuitul de interfață de comunicare RS485. Controlerul principal LPC2148 citește datele celor trei module de achiziție de energie cu cipul CS5463 ca nucleu prin interfața SPI-încorporată și realizează funcția de transmisie de la distanță a datelor prin portul serial de comunicație-încorporat și prin protocolul de comunicație 485.
3.1 Proiectarea unui sistem de control trifazic al contorului inteligent bazat pe ARM
Contorul inteligent cu trei faze folosește cip ARM-LPC2148 ca microprocesor și adoptă trei cipuri dedicate de măsurare a energiei CS5463 pentru a realiza eșantionarea și procesarea datelor din rețea și face schimb de date cu MCU în timp-partajarea prin interfața SPI, astfel încât să realizeze funcția de detectare și eșantionare a datelor. putere trifazată; LPC2148 este conectat cu cip MAX485 prin propria interfață de comunicare serială, astfel încât să realizeze funcția de transmisie de date la distanță.
3.2 Circuitul hardware de detectare și măsurare a puterii
Acest circuit folosește ca nucleu un cip de măsurare a puterii monofazat CS5463 dedicat. Designul circuitului folosește trei cipuri CS5463 pentru a măsura puterea unei singure linii, apoi finalizează detectarea și procesarea informațiilor despre puterea trifazată în rețeaua electrică prin combinarea datelor. Schema de implementare specifică este prezentată în Figura 2. În circuitul hardware pentru realizarea detectării și contorării puterii, este adoptat un proiect de izolare electrică între linia de alimentare și CS5463. Izolarea electrică se realizează prin două transformatoare și un transformator de curent. Printre transformatoare, unul este un transformator obișnuit, care este utilizat pentru a furniza puterea de curent continuu necesară pentru funcționarea CS5463; celălalt este un transformator de-înaltă precizie, de joasă-impedanță, cu atenuare și întârziere de fază foarte mică sub armonici mai mari, care este utilizat pentru a măsura informațiile despre tensiune. Transformatorul de curent este utilizat pentru a măsura informațiile curente ale liniei de alimentare. Un rezistor este conectat peste secundarul transformatorului de curent pentru a genera semnalul de tensiune necesar pentru detectarea curentului pentru canalul de curent al CS5463.
Designul software al contorului inteligent cu trei-faze constă în principal din patru părți:
(1) Programul de control principal LPC2148; (2) program de achiziție și procesare a datelor CS5463; (3) program de comunicare MAX485; (4) program auxiliar de driver pentru dispozitive externe, cum ar fi tastatura și afișajul.
Această lucrare prezintă în detaliu principiul hardware și designul software al contorului inteligent în trei faze, bazat pe cipul ARM-LPC2148. Contorul inteligent trifazat proiectat integrează funcțiile de măsurare și afișare a parametrilor energiei electrice și are avantajele unei integrări ridicate, funcții puternice, costuri reduse și capacitate puternică anti-interferențe. Protocolul de comunicație standard industrial 485 este utilizat pentru a realiza transmisia de date, care îmbunătățește performanța-în timp real a monitorizării datelor și îndeplinește bine cerințele de gestionare inteligentă a energiei. Rezultatele testelor experimentale arată că acuratețea contorizării active și acuratețea contorizării reactive în informațiile de date colectate de contorul inteligent cu trei-faze îndeplinesc cerințele de proiectare a sistemului și au o valoare de aplicare ridicată.