giám sát các thông số nguồn lưới

Yêu cầu thiết kế Đo và giám sát tức thời các thông số nguồn lưới :điện áp, dòng điện, tần số ,công suất..  Thu thập và gửi dữ liệu lên máy tính thông qua RS232 Tích hợp IC thời gian t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Phần I: Nội dung bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng

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

 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

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.

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.

 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

 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.

Khối công suất điều khiển thiết bị

PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Ảnh 3D

 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

 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).

 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

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

5 Kết quả đạt được

Đồ thị điện áp trên Matlab

PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Đồ thị dòng điện trên Matlab

5 Kết quả đạt được

Đồ thị tần số trên Matlab

5 Kết quả đạt được

PHẦN I : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

Đồ thị công suất trên Matlab

5 Kết quả đạt được

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

1. Truyền dữ liệu sử dụng module RF APC220-443 :

 Thông số kỹ thuật :

1 Khoảng cách truyền 1Km với tốc độ 2400bps

2 Công suất nguồn 20mW

3 Tần số hoạt động từ 418Mhz đến 455Mhz

4 Kết nối tối đa 100 thiết bị

5 Điều chế GFSK

6 Chuẩn giao tiếp UART/TTL

7 Dữ liệu bộ đệm tối đa 256 byte

8 Phù hợp với truyền dữ liệu lớn

9 Cấu hình dễ dàng với phần đi kèm RF-magic

2 Giao tiếp giữa 2 vi điều khiển bằng module RF :

 Điều khiển thiết bị không dây thông qua RF

 Gửi giá trị thời gian từ mạch 1 sang mạch 2

 Gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm từ mạch 1 sang mạch 2

 Gửi các số liệu U,I,F,P từ mạch 1 về mạch trung tâm.

 Xử lý số liệu thu được tại mạch trung tâm rồi gửi lên máy tính thống kê vẽ đồ thị.

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

3 Gửi dữ liệu lên Web ,thống kê,vẽ đồ thị :

 Dữ liệu nhận được tại mạch trung tâm được vi điều khiển xử lý và gửi lên web thông qua chip ENC28J60

 Đăng nhập tài khoản để có quyền xem và điều khiển thiết bị

 Giao diện web cho phép giám sát các thông số U,I,F,P , nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển một vài thiết bị ( trực tiếp hoặc gián tiếp qua RF)

 Trang thống kê sẽ thống kê số liệu được gửi lên từ mạch và lưu vào cơ sở dữ liệu để quản lý , vẽ đồ thị để thể hiện trực quan hơn

4 Xây dụng mô hình Webserver quản lý trạm tập trung :

 Giám sát các thông số của từng trạm :

 Điện áp , dòng điện, tần số , công suất

 Nhiệt độ , độ ẩm

 Trạng thái hoạt động của thiết bị

 Vẽ đồ thị điện áp,dòng điện,tần số,công suất cho từng trạm

Trang chủ của giao diện web điều khiển

4 Kết quả đạt được bước đầu :

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Trang đăng nhập hệ thống

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang giám sát các thông số nguồn và cảm biến trạm 1

4 Kết quả đạt được bước đầu :

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Trang điều khiển thiết bị trạm 1

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang giám sát trạm 2

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang thống kê số liệu và vẽ đồ thị trên Web

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang thống kê số liệu và vẽ đồ thị trên Web

4 Kết quả đạt được bước đầu :

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Trang thống kê và vẽ đồ thị trạm 1

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang thống kê và vẽ đồ thị trạm 2

PHẦN II : PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Trang giám sát tập trung nhiều trạm

4 Kết quả đạt được bước đầu :

Sản phẩm thực tế

 Kết quả đạt được:

• Mô tả và đưa ra các thông số cần quản lý của một tram BTS

• Đo được các thông số về nhiệt độ, độ ẩm, dòng điện, điện áp, công suất, tần số , thời gian

• Thu thập số liệu và vẽ được đồ thị điện áp ,dòng điện, công suất, tần số theo thời gian thông qua công cụ mablab ,vb6,Web

• Điều khiển thiết bị từ xa qua giao diện web

• Truyền thông giữa các mạch bằng module RF APC220-443

• Xây dựng được mô hình quản lý tập trung cho nhiều trạm

Hướng phát triển mới của đề tài

• Tiếp tục xây dựng và hoàn thiện giao diện quản lý trạm BTS

• Tăng số lượng trạm quản lý

• Tích hợp bộ nhớ Flash tại mạch trung tâm để lưu trữ dữ liệu đề phòng sự cố

• Đặt ngưỡng công suất, ra quyết định điều khiển chính xác dựa vào số liệu thống kê

• Phân quyền truy cập vào web điều khiển

Thank You !