Měření spotřeby elektrické energie - projek MMIA

Lukáš Michalík, UREL, FEEC, VUT Brno
xmicha40feec.vutbr.cz

Obsah:

  1. Úvod
  2. Realizace
  3. Závěr
  4. Downloads
  5. Literatura

Úvod

Projekt se zaměřuje na využití obvodů firmy Analog Devices pro měření spotřeby elektrické energie. V projektu jsou využity obvody ADE7755 a ADE7953. Tyto obvody jsou určeny pro přímé měření elektrického výkonu. Obvod ADE7755 převádí naměřené hodnoty výkonu do frekvenční modulace obdélníkového signálu. Obvod ADE7953 poskytuje naměřené hodnoty pomocí rozhraní SPI, I2C, URAT. V tomto projektu je řešeno zachycení frekvenční modulace pomocí Input Capture v případě obvodu ADE7755 a komunikace pomocí SPI v případě obvodu ADE7953. Řízení celého projektu je řešeno pomocí vývojového kitu STM32F4discovery.

Realizace

Projekt je složen ze tří částí. První částí je napájení měřicích obvodů. Jelikož se jedná o měření síťového napětí a proudu je nasnadě, aby bylo celé zapojení napájeno přímo ze síťového napětí. K tomu slouží velice jednoduchý obvod se schématem obr č.1. Tento obvod dokáže napájet 5V popřípadě 3,3V jednoduché zapojení malého příkonu. Jedná se o velice měkký zdroj!
napájení
Obr.č.1 Napájecí obvod


Druhou částí projektu je obvod ADE7755. Zapojení tohoto obvodu je zobrazeno na obr.č.2. Kvůli napájení přímo ze síťového napětí je nutno výstupní piny obvodu oddělit pomocí optočlenů. V zapojení jsou použity optočleny PC817C. Tyto optočleny plní svou funkci, ale bylo by vhodné je nahradit rychlejšími prvky. Pin periferie InputCapture vývojového kitu STM32F4discovery je připojen na kolektor tranzistoru optočlenu a přes odpor na napájecí napětí. Emitor tranzistoru je připojen na zem. V průběhu testování bylo zjištěno, že při rozsvícení více optočlenů tohoto bloku zároveň, dochází ke značnému poklesu napětí. Zapojení je provedeno podle doporučení výrobce.
Přiložená knihovna aktivuje IC obvodu STM32F4 a příslušné přerušení. V tomto přerušení se odečítá doba časovače a zobrazuje na displeji.
7755
Obr.č.2 Zapojení obvodu ADE7755


V poslední části projektu je rozpracované ovládání obvodu ADE7953. V přiložené knihovně je inicializace HW SPI. Z oscoligramu obr.č.5 je patrné, že k odesílání dat směrem k obvodu ADE7953 dochází. Avšak žádná data se k řídící mu obvodu nevrací. Tato chyba nebyla v rámci projektu odhalena. Na obrázcích č. 3 a 4 je zapojení obvodu ADE7953. Použití optočlenů PC817C vzhledem k jejich rychlosti nedoporučuji.
7953
Obr.č.3 Zapojení obvodu ADE7953
7953a
Obr.č.4 Zapojení obvodu ADE7953
spi
Obr.č.5 komunikace SPI
Zobrazené signály jsou v pořadí CLK, CS, MOSI, MISO.

Závěr

V projektu bylo realizováno odečítání hodnoty frekvenčního výstupu obvodu ADE7755 pomocí Input Capture. Tato hodnota je zobrazována spolu s hodnotou čítače na LCD displeji. Knihovna pro LCD display je součástí projektu. Pro komunikaci s obvodem ADE7953 bylo vybráno rozhraní SPI. V rámci projektu se podařilo vytvořit inicializační knihovnu pro HW SPI obvodu STM32F4. Komunikovat s obvodem ADE7953 se nepodařilo. S největší pravděpodobností jde o mechanickou závadu testovacího obvodu, která nebyla zjištěna vzhledem k typu pouzdra LGA obvodu ADE7953. Z výše uvedeného oscilogramu je patrné, že komunikace SPI ze strany testovacího kitu STM32F4 discovery je v pořádku.

Download

Ke stažení jsou k dispozici tyto části projektu: Balíček projektu.

Balíček dokumentace.

Části projektu se inspirují z volně dostupných examplů poskytovaných firmou STM. Balíčky jsou dostupny na jejich stránkách

Literatura

[1] ANALOG DEVICES, Inc. ADE7755 (Rev.A): Energy Metering IC with Pulse Output [online]. Rev.A. Norwood, U.S.A., 2009 [cit. 2012-04-28]. ISBN D02896-0-8/09(A). Dostupné z: datasheet

[2] ANALOG DEVICES, Inc. ADE7953 (Rev. A): Single Phase, Multifunction Metering IC with Neutral Current Measurement [online]. Rev. A. Norwood,U.S.A., 2011 [cit. 2012-04-28]. ISBN D09320-0-11/11(A). Dostupné z: datasheet

[3] STMICROELECTRONICS. STM32F405xx, STM32F407xx, STM32F415xx and STM32F417xx advanced ARM-based 32-bit MCUs: Reference manual RM0090 [online]. Rev 1. 2011 [cit. 2012-04-29]. C2: v1.4.1, 002. ISBN 018909 Rev 1. Dostupné z: datasheet