Подписаться на получение новых статей на почту:

Измерение мощности микросхемой ADE7755ARS на примере анализатора. Шаг №10. Часть 1

Обновлено 7.12.15. Всем привет. В этой статье будет рассмотрен прототип устройства, а именно анализатор энергетической эффективности холодильного аппарата.  Это еще один пример устройства на микроконтроллере AVR. Как Вы помните в прошлой статье мы рассмотрели барьер где мы использовала АЦП. Сегодня мы рассмотрим применение внешнего прерывания для подсчета мощности, которое вместе с матмоделью и температурой направлено на решение проблемы по уменьшению потребления энергии бытовыми холодильниками а именно их анализ (схема ниже).

Итак давайте разберемся как измерять мощность. Для этого мы познакомимся с микросхемой ADE7755ARS, которая является высокоточной ИС, предназначенной для счетчиков потребления электрической энергии. Конечно, данная деталь 2002 года и на сегодняшний день техника шагнула вперед и в счетчики их уже не ставят (в новые), да и используется в счетчиках отдельные схемы АЦП. Но применение в своих проектах, не как лучше подходит для измерения потребляемой энергии.  Данная продукция производилась фирмой Analog Devices и замещена более совершенными ADE7755xxxx с разной аббревиатурой.

Измерение мощности и эффективности на AVR

Кратенько о характеристиках:

— рабочая частота 50 – 60 Гц;
— ошибка менее  0,1% при динамическом диапазоне 500:1;
— выдает значение средней активной мощности на частотных выходах F1 и F2, и через них управление электромеханическими механизмами;
— имеет высокочастотный  выход CF  и выдает значение мгновенной активной мощности;
— логический выход для индикации отрицательной мощности;
— усилитель с программируемым  коэффициентом усиления в канал измерения тока позволяет использовать шунт малой величиной сопротивления;
— встроенный источник опорного напряжения 2,5 В ± 8%;
— напряжение питания 5 В, сброс ниже 4 В.
— мощность потребления 15 мВт.

Что ж для работы с микроконтроллером нам необходим выход CF. На рисунке ниже представлена структурная схема этой ИС.

Структура Ade7755

Конечно подключение таких схем особой радости не приносят, т.к. требуется подбор резисторов, расчет…. Итак, как всегда будем отталкиваться от даташита. По схеме видно, что у нас приходит два сигнала на АЦП.
V1P, V1N – аналоговые входы канал измерения тока. Они дифференциальные, т.е. выходной сигнал равен разности напряжений, умноженного на константу, которая задается G0 G1 аппаратно. Данные выходы используются для выбора одного из четырех возможных коэффициентов усиления 1, 2, 8 и 16. Ниже приведена таблица истинности.

Таблица усиления ade7755 Для измерения тока я взял токовый трансформатор  TZ-77, маленький, компактный,  максимальный ток измерения 80 А, сопротивление 130 Ом(рисунок ниже).трансформатор тока

 

Что ж определимся с измеряемой нагрузкой. У меня было не более 500Вт. Из таблицы, слева что максимальный сигнал не должен превышать 470 мВ, который соответствует среднеквадратичному значению 330 мВ. Так как у меня нагрузка небольшая, и важно отслеживать малые отклонения нагрузки, то я выбрал коэффициент усиления  16, для чего на выводы G0 G1 подал 5 В, что соответствует логической единице.   Максимальный ток = 500Вт/220В (измеряем напряжение у каждого свое) = 2, 27 А. Если при 80 А максимальный сигнал составляет 470мВ (330мВ), то 1 А составит 4,125мВ. Максимально измереннй сигнал должен получится примерно 4,125*2,27 = 9,36 мВ, моя нагрузка была приблизительно 100 Вт + 20 Вт.

Схема включения из даташита:

токовый канал ade7755

Сопротивление Rb – шунтирующие резисторы, выбраны таким образом , чтобы получить максимальное дифференциальное напряжение 30 мВ (21 мВ среднеквадратичное). У меня они составили по 15,6 кОм. Rf и Cf – фильтр низких частот.  По даташиту R =  кОм , C = 33 нФ.

Идем дальше, второй канал – это канал напряжения.

Максимальный сигнал – это  + – 660 мВ(среднеквадратичное примерно 465 мВ). канал напряжения ade7755 Здесь либо используем обмотку, либо делитель. Я лично намотал несколько витков на трансформатор БП и вывел отделным проводом питания.

Вся остальная обвязка приведена на схеме ниже :

Обвязка микросхемы ade7755

Остается настроить вывод CF для подключению к МК. Для этого необходимо установить сигналы на входах SCF =0 и S0 = S1 = 1, где SCF выбор частоты калибровки  на выходе CF, S0 и S1 – для выбора одной из четырех возможных частот для преобразователя цифрового сигнала в частоту. Таблица ниже.

Выбор частоты ade7755

Для подключения к микроконтроллеру используется высокочастотный выход. При максимальных значениях сигнала переменного тока на аналоговых входах частота на выходе CF приблизительно составит 5,5 кГц.

Средняя мощность пропорциональна средней частоте в соответствии с формулой :

Сред. частота =  Сред. активная мощность = Показания счетчика/Показания таймера.

Вроде бы все, осталось принять сигнал на микроконтроллере и перевести в ватты. Будем работать с таймером Т0, хоть и непринципиально, выставляем его на внешние прерывания, по нарастающему фронту и считаем частоту. Также для обработки сигнала за определенное время используем таймер Т2, в нем подкаректируем измеренную частоту и посчитаем мощность. Ниже пример кода:

setup_timers (void)   /*Установка таймераов/счетчиков в виде функции, которая вызывается в начале         программы один раз*/
{
      TCCR0 = 0×07;  /*setup TC0 to count external events on PB0  По нарастающему фронту импульсов*/
      TCCR2 = 0×07;  /*TC2 counts Clock_io/1024  исполнение 3 для Т2  1000000/1024  = 976.5652 Гц*/
}
setup_interrupts (void) /*Установка прерываний*/
{
       SREG = 0×80; /*enable general interrupts in SR Общее разрешение прерываний*/
       TIMSK = 0×41;  /*Enable timers interrupts    Флаг разрешения прерывания по переполнению таймера/счетчика Т2 и Т0 и Т1*/
}
unsigned int T0_ovc = 0;
unsigned int frequency;
/***********************Счетчик*********************************/
SIGNAL (SIG_INTERRUPT0) /*Подсчет частоты с выхода ADE7755*/
{                                                                 
       T0_ovc++;   /*Подсчитывает количество раз переполнений*/
}
/*Счетчик Т2 является 8-ми разрядным, тактируем его на частоте 976.5652 Гц. Вызов алгоритма будет происходить, каждые Т = 1024 * 256/Fcpu = 0.262144 с. Эту цифру можно регулировать. Кому сколько необходимо.*/
SIGNAL (SIG_OVERFLOW2) /*КОМАНДА ПРЕРЫВАНИЯ для Т2  по переполнению*/
{
       frequency = ((TCNT0+(256*T0_ovc))*3.81469);  /*3.81469 = Fcpu/(делитель частоты * счетчик T0) либо 1 /0.262144 – это коэффициент подсчитывающий частоту за 1 с.*/
       T0_ovc= 0;                     /* Обнуление переменной подсчета переполнений*/
       TCNT0 = 0;                     /*Обнуление счетного регистра*/
       P = (frequency*0,08976 ); /*Коэффициент = max мощность/max частоту, 500 вт / 5570 Гц = 0,08976*/
}

Вот таким, примерно, образом происходит подсчет мощности за 1с.

Хочется добавить, что схема не синхронизирована с МК AVR поэтому всегда существует вероятность пропустить импульс в итоге небольшая погрешность всегда присутствует. Для уменьшения вероятности частоту необходимо усреднять.  В этой статье мы рассмотрели способ мониторинга энергопотребления с помощью микросхемы ADE7755, на примере анализатора эффективности холодильного аппарата. В следующей статье мы с Вами рассмотрим более подробно сам анализатор  и его применение. Ниже на рисунке, плата измерения мощности. Немножко корявенько, но зато работает))). Что ж на этом все. Всем пока.

плата мощности ade7755

Просмотрено 4757 раз.

Я на Google+

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Subscribe without commenting