يقدم هذا البحث مقياس طاقة ثلاثي-مرحلة يتم التحكم فيه بواسطة المعالج الأساسي ARM، وقد تم وصف أجهزته وبرامجه بالتفصيل. يقوم جهاز القياس بتعيين معلمات الطاقة لمراقبة القياس وعرضها ككل. يتم قياس معلمات الكهرباء بواسطة شريحة خاصة -CS5463 والتي تم تصميمها لقياس معلمات الكهرباء -. يتميز عداد الكهرباء بتكامل عالي، وتكلفة منخفضة، واستهلاك منخفض للطاقة، وقدرة قوية على مكافحة التشويش. يمكن للعداد الكهربائي أن يلبي متطلبات الطاقة للإدارة الذكية-. يمكن لجهاز القياس التواصل مع وحدة التحكم الرئيسية من خلال شريحة MAX485 ويمكنه تحقيق وظيفة نقل البيانات عن بعد. ويمكنه بسهولة تحقيق وظيفة مراقبة الوقت الحقيقي-والحصول على البيانات ولديه احتمالية جيدة للتطبيق.
الكلمات الرئيسية:مقياس طاقة ثلاثي الطور-؛LPC2148؛CS5463؛ARM
محتوى
2. فكرة التصميم الشاملة لثلاثة-أجهزة قياس ذكية
3. تصميم الدوائر لكل وحدة وظيفية
3.1 تصميم نظام تحكم في العدادات الذكية ثلاثي المراحل - يعتمد على ARM
3.2 دائرة أجهزة كشف وقياس الطاقة
في الوقت الحاضر، أصبح تطبيق عدادات الطاقة الكهربائية في الداخل والخارج في مرحلة تعميم العدادات الذكية. مع وجود المعالجات الدقيقة كجوهر، تستخدم العدادات الذكية تقنية أخذ العينات الرقمية لإجراء الحسابات الرقمية والمعالجة على الجهد والتيار المقاسين، وتحقيق قياس الطاقة الكهربائية ومراقبة الطاقة والتيار والجهد ومعلومات معلمات الشبكة الأخرى. ومع تعزيز وبناء الشبكات الذكية في جميع أنحاء العالم، ستشكل العدادات الذكية طلبًا كبيرًا في السوق. إن استخدام عدد كبير من الأحمال غير الخطية، مثل المصاعد، والمقومات غير المنضبطة، ومنظمات السرعة ذات التردد المتغير، وما إلى ذلك، قد تسبب في تلوث توافقي خطير بشكل متزايد لشبكة الطاقة. في الوقت الحاضر، تم تصميم عدادات الطاقة الكهربائية وغيرها من أدوات قياس المعلمات الكهربائية وفقًا لتردد الطاقة. عندما تحتوي إشارة الإدخال على توافقيات، لا يمكن تحقيق قياس دقيق. لذلك، بالإضافة إلى قياس الطاقة الكهربائية بدقة وقياس المعلمات مثل الطاقة النشطة، والطاقة التفاعلية، والتيار، والجهد، وعامل الطاقة، وما إلى ذلك في شبكة الطاقة، يجب أن تحتوي عدادات الطاقة الذكية أيضًا على وظائف قراءة العدادات التلقائية ونقل البيانات عن بعد.
تستخدم هذه الورقة شريحة ARM كمعالج دقيق لتصميم جهاز قياس ذكي يمكنه تحقيق نقل البيانات المشروطة عن بعد وله وظيفة قراءة العداد تلقائيًا. يتمتع جهاز القياس بمزايا التكلفة المنخفضة والقياس الدقيق والأداء الجيد في الوقت الفعلي-والإدارة المريحة.
2.فكرة التصميم الشاملة لثلاثة-أجهزة قياس ذكية
يستخدم جهاز القياس الذكي-ثلاثي الطور شريحة ARM-LPC2148 كمعالج دقيق وشريحة القياس المخصصة CS5463 كشريحة-أخذ عينات بيانات الطاقة الكهربائية ومعالجتها ثلاثية الطور. على أساس تحقيق وظائف مقياس الطور التقليدي ثلاثي -، فإنه يتصل بالكمبيوتر المضيف من خلال واجهة الاتصال RS485 لتحقيق نقل معلومات البيانات عن بعد.
تتكون دائرة الأجهزة الخاصة بالنظام أساسًا من أربعة أجزاء: (1) نظام اللوحة الأساسية ARM؛ (2) دائرة أخذ عينات الطاقة ومعالجة البيانات ثلاثية الطور -؛ (3) شريحة MAX485 ودائرة اتصالات الكمبيوتر المضيفة؛ (4) الأجهزة الخارجية الضرورية الأخرى، مثل الأزرار وشاشات العرض وما إلى ذلك.
يستخدم تصميم جهاز القياس شريحة LPC2148 ARM كهيكل الأجهزة لمقياس الطاقة -ثلاثي الطور لمعالج التحكم؛ تستخدم مراقبة معلومات معلمة الطاقة شريحة CS5463 المخصصة لقياس الطاقة؛ يتم استخدام مصفوفة نقطية مقاس 128×64 لتحقيق وظيفة شاشة LCD، ودمج قياس معلمة الطاقة ووظائف العرض. يتم تحقيق الاتصال عن بعد لبيانات العداد الذكي باستخدام شريحة الاتصال RS485 MAX485.
3. تصميم الدوائر لكل وحدة وظيفية
تتضمن دائرة نظام الأجهزة للمقياس الذكي -ثلاثي الطور بشكل أساسي الدائرة الأساسية لمركز وحدة التحكم الدقيقة، ودائرة اكتشاف الطاقة والحصول على البيانات، ودائرة إمداد الطاقة، ودائرة العرض، ودائرة واجهة الاتصال RS485. تقرأ وحدة التحكم الرئيسية LPC2148 بيانات وحدات الحصول على الطاقة الثلاث مع شريحة CS5463 باعتبارها النواة من خلال واجهة SPI المدمجة -، وتدرك وظيفة نقل البيانات عن بعد من خلال المنفذ التسلسلي للاتصالات المدمج - وبروتوكول الاتصال 485.
3.1 تصميم نظام تحكم في العدادات الذكية ثلاثي المراحل - يعتمد على ARM
يستخدم المقياس الذكي -المراحل الثلاثة شريحة ARM-LPC2148 كمعالج دقيق، ويعتمد ثلاث شرائح مخصصة لقياس الطاقة CS5463 لتحقيق أخذ عينات معلومات بيانات الشبكة ومعالجة البيانات، وتبادل البيانات مع MCU في الوقت المناسب-المشاركة من خلال واجهة SPI، لتحقيق وظيفة الكشف عن البيانات وأخذ العينات طاقة ثلاث -طور؛ يتم توصيل LPC2148 بشريحة MAX485 من خلال واجهة الاتصال التسلسلية الخاصة بها، وذلك لتحقيق وظيفة نقل البيانات عن بعد.
3.2 دائرة أجهزة كشف وقياس الطاقة
تستخدم هذه الدائرة شريحة قياس الطاقة-أحادية الطور المخصصة CS5463 باعتبارها النواة. يستخدم تصميم الدائرة ثلاث شرائح CS5463 لقياس قوة خط واحد على التوالي، ثم يكمل اكتشاف ومعالجة معلومات طاقة الطور الثلاث - في شبكة الطاقة من خلال مجموعة البيانات. يظهر مخطط التنفيذ المحدد في الشكل 2. في دائرة الأجهزة لتحقيق اكتشاف الطاقة وقياسها، تم اعتماد تصميم العزل الكهربائي بين خط الطاقة وCS5463. ويتم العزل الكهربائي من خلال محولين ومحول تيار. من بين المحولات، محول عادي، والذي يستخدم لتوفير طاقة التيار المستمر اللازمة لتشغيل CS5463؛ والآخر عبارة عن محول-عالٍ الدقة ومنخفض المعاوقة-مع توهين صغير جدًا وتأخير طور في ظل التوافقيات الأعلى، والذي يُستخدم لقياس معلومات الجهد الكهربي. يتم استخدام المحول الحالي لقياس المعلومات الحالية لخط الطاقة. يتم توصيل المقاوم عبر المرحلة الثانوية للمحول الحالي لتوليد إشارة الجهد المطلوبة لاستشعار التيار للقناة الحالية لـ CS5463.
يتكون تصميم البرنامج للعداد الذكي-المراحل الثلاثة بشكل أساسي من أربعة أجزاء:
(1) برنامج التحكم الرئيسي LPC2148؛ (2) برنامج الحصول على البيانات ومعالجتها CS5463؛ (3) برنامج الاتصالات MAX485؛ (4) برنامج مساعد للسائق للأجهزة الخارجية مثل لوحة المفاتيح والشاشة.
يقدم هذا البحث بالتفصيل مبدأ الأجهزة وتصميم البرامج لجهاز القياس الذكي -المراحل الثلاث استنادًا إلى شريحة ARM-LPC2148. يدمج العداد الذكي -المرحلة المصمم ثلاثي الطور بين قياس معلمة الطاقة الكهربائية ووظائف العرض، ويتمتع بمزايا التكامل العالي، والوظائف القوية، والتكلفة المنخفضة، والقدرة القوية على مقاومة -التداخل. يتم استخدام بروتوكول الاتصال القياسي 485 الصناعي لتحقيق نقل البيانات، مما يعمل على تحسين الأداء في الوقت الفعلي لمراقبة البيانات ويلبي بشكل جيد متطلبات الإدارة الذكية للطاقة. تظهر نتائج الاختبار التجريبي أن دقة القياس النشط ودقة القياس التفاعلي في معلومات البيانات المجمعة بواسطة العداد الذكي -المراحل الثلاث تلبي متطلبات تصميم النظام ولها قيمة تطبيقية عالية.