У цій статті представлено три{0}}фазний вимірювач потужності, яким керує основний процесор ARM, його апаратне та програмне забезпечення було детально описано. Лічильник набору параметрів потужності контролює вимірювання та відображення в цілому. Параметри електроенергії вимірюються спеціальною мікросхемою-CS5463, яка призначена для- вимірювання параметрів електроенергії. Електричний лічильник має високий рівень інтеграції, низьку вартість, низьке енергоспоживання та потужну здатність проти-перешкод. Електричний лічильник може відповідати енергетичним вимогам інтелектуального керування-. Лічильник може спілкуватися з головним контролером через чіп MAX485 і може виконувати функцію віддаленої передачі даних. Він може легко виконувати функцію моніторингу-часу, збору даних і має хороші перспективи застосування.
Ключові слова: три{0}}фазний вимірювач потужності;LPC2148;CS5463;ARM
Зміст
2. Загальна ідея дизайну три-фазного обладнання інтелектуального лічильника
3. Схемотехніка кожного функціонального модуля
3.1 Розробка три-фазної інтелектуальної системи керування лічильником на основі ARM
3.2Апаратна схема виявлення та вимірювання потужності
4. Дизайн програмного забезпечення
Зараз застосування лічильників електроенергії в країні та за кордоном знаходиться на стадії популяризації інтелектуальних лічильників. З мікропроцесорами як ядром розумні лічильники використовують технологію цифрової вибірки для виконання цифрових обчислень і обробки виміряної напруги та струму, а також для здійснення вимірювання електроенергії та моніторингу потужності, струму, напруги та іншої інформації про параметри мережі. З популяризацією та будівництвом інтелектуальних мереж у всьому світі розумні лічильники будуть мати величезний ринковий попит. Використання великої кількості нелінійних навантажень, таких як ліфти, неконтрольовані випрямлячі, регулятори швидкості зі змінною частотою тощо, спричинило дедалі серйозніші гармонічні забруднення в електромережі. В даний час лічильники електроенергії та інші прилади вимірювання електричних параметрів проектуються відповідно до частоти живлення. Якщо вхідний сигнал містить гармоніки, неможливо досягти точного вимірювання. Таким чином, на додаток до точного вимірювання електроенергії та вимірювання таких параметрів, як активна потужність, реактивна потужність, струм, напруга, коефіцієнт потужності тощо в електромережі, інтелектуальні лічильники електроенергії також повинні мати функції автоматичного зчитування лічильників та функції дистанційної передачі даних.
У цьому документі використовується мікросхема ARM як мікропроцесор для розробки інтелектуального лічильника, який може реалізувати умовну дистанційну передачу даних і має функцію автоматичного зчитування лічильника. Лічильник має такі переваги, як низька вартість, точне вимірювання, хороша-продуктивність у реальному часі та зручне керування.
2. Загальна ідея дизайну три-фазного обладнання інтелектуального лічильника
У три-розумному лічильнику використовується мікросхема ARM-LPC2148 як мікропроцесор і спеціальна мікросхема вимірювання CS5463 як три{4}}чіп вибірки та обробки інформації про електроенергію. На основі реалізації функцій традиційного три-фазного лічильника він спілкується з головним комп’ютером через інтерфейс зв’язку RS485 для здійснення віддаленої передачі інформації.
Апаратна схема системи в основному складається з чотирьох частин: (1) система основної плати ARM; (2) три-схема вибірки електроенергії та обробки даних; (3) мікросхема MAX485 і схема зв'язку головного комп'ютера; (4) інші необхідні зовнішні пристрої, такі як кнопки, дисплеї тощо.
У конструкції вимірювача використовується чіп LPC2148 ARM як апаратна структура три-фазного вимірювача потужності для процесора керування; моніторинг інформації про параметри потужності використовує спеціальну мікросхему вимірювання потужності CS5463; Матриця 128 × 64 точок використовується для реалізації функції РК-дисплея, інтегруючи вимірювання параметрів потужності та функції відображення. Віддалений обмін даними інтелектуального лічильника реалізується за допомогою мікросхеми зв’язку RS485 MAX485.
3. Схемотехніка кожного функціонального модуля
Схема апаратної системи три{0}}фазного інтелектуального лічильника в основному включає основну схему центру мікроконтролера, схему виявлення живлення та збору даних, схему джерела живлення, схему дисплея та схему інтерфейсу зв’язку RS485. Головний контролер LPC2148 зчитує дані з трьох модулів збору живлення з мікросхемою CS5463 як ядром через вбудований-інтерфейс SPI та реалізує функцію віддаленої передачі даних через вбудований-послідовний порт зв’язку та протокол зв’язку 485.
3.1 Розробка три-фазної інтелектуальної системи керування лічильником на основі ARM
Три{0}}фазний інтелектуальний лічильник використовує мікросхему ARM-LPC2148 як мікропроцесор і застосовує три спеціальні мікросхеми вимірювання енергії CS5463 для здійснення вибірки та обробки даних даних мережі та обмінюється даними з MCU у-часовому розподілі через інтерфейс SPI, щоб реалізувати функцію виявлення та вибірки даних три-фазне живлення; LPC2148 підключено до мікросхеми MAX485 через власний інтерфейс послідовного зв’язку, щоб реалізувати функцію віддаленої передачі даних.
3.2 Апаратна схема виявлення та вимірювання потужності
Ця схема використовує спеціальну однофазну мікросхему вимірювання потужності CS5463 як ядро. Схема використовує три мікросхеми CS5463 для вимірювання потужності однієї лінії відповідно, а потім завершує виявлення й обробку інформації про три-фазну потужність в електромережі через комбінацію даних. Конкретна схема реалізації показана на малюнку 2. У апаратній схемі для реалізації виявлення та вимірювання потужності між лінією електроживлення та CS5463 використовується схема електричної ізоляції. Електрична ізоляція досягається за допомогою двох трансформаторів і трансформатора струму. Серед трансформаторів один звичайний трансформатор, який використовується для забезпечення живлення постійного струму, необхідного для роботи CS5463; інший — це високо{10}}прецизійний трансформатор із низьким{11}}імпедансом із дуже малим загасанням і фазовою затримкою при вищих гармоніках, який використовується для вимірювання інформації про напругу. Трансформатор струму використовується для вимірювання поточної інформації лінії електропередач. Резистор підключається до вторинної обмотки трансформатора струму для генерації сигналу напруги, необхідного для визначення струму для струмового каналу CS5463.
4. Дизайн програмного забезпечення
Конструкція програмного забезпечення три-фазного розумного лічильника в основному складається з чотирьох частин:
(1) основна керуюча програма LPC2148; (2) програма збору та обробки даних CS5463; (3) комунікаційна програма MAX485; (4) допоміжна програма драйвера для зовнішніх пристроїв, таких як клавіатура та дисплей.
У цьому документі детально описано апаратний принцип і дизайн програмного забезпечення три-фазного інтелектуального лічильника на основі мікросхеми ARM-LPC2148. Розроблений три-розумний лічильник об’єднує функції вимірювання та відображення параметрів електроенергії та має такі переваги, як висока інтеграція, потужні функції, низька вартість і сильна -захист від перешкод. Для реалізації передачі даних використовується протокол зв’язку промислового стандарту 485, який покращує-продуктивність моніторингу даних у реальному часі та добре відповідає вимогам інтелектуального керування живленням. Результати експериментальних випробувань показують, що точність активного вимірювання та точність реактивного вимірювання в інформації даних, зібраних три-фазним інтелектуальним лічильником, відповідають вимогам до дизайну системи та мають високу прикладну цінність.