Luận văn Đo điện năng từ xa qua mạng RS485

GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 1 PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐO LƯỜNG NĂNG LƯỢNG TRONG CÔNG NGHIỆP Chương 1 : Khái quát các phương pháp đo điện năng Chương 2 : Giới thiệu IC đo điện năng AT73C540 (hãng Atmel) Chương 3 : Giới thiệu IC đo điện năng AD7755 (hãng Analog Devices) Chương 4 : Giới thiệu IC đo điện năng SA2002H (hãng Sames) GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 2 CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN NĂNG LỜI GIỚI THIỆU Những thay đổi quan trọng đã và đang xảy ra trong ngành công nghiệp đo lường năng lượng. Việc bãi bỏ tính độc quyền cung cấp đã tạo ra một môi trường cạnh tranh gay gắt hơn đối với những nhà cung cấp điện năng. Vì vậy nhu cầu quản lý và đo lường điện năng đòi hỏi một mức độ cao hơn trước đây. Các nhà cung cấp điện năng sẽ phải cung cấp những dịch vụ tiện ích cho người sử dụng với chi phí thấp nhất có thể được. Và một trong những dịch vụ đó là lắp đặt đồng hồ đo điện năng theo công nghệ mới hiện nay (công nghệ solid state). Ngoài những lợi ích trước mắt như độ chính xác cao, gọn nhẹ đồng hồ này còn cho phép khả năng linh hoạt hơn trong lắp đặt và sửa chữa, quản lý và cập nhật thông tin nhanh và chính xác hơn thông qua mạng. CẤU TẠO MỘT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN NĂNG Một đồng hồ đo điện năng chủ yếu dựa trên một trong hai công nghệ chính là xử lý tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số. Xử lý tín hiệu ở đây liên quan đến việc nhân và lọc để tạo ra thông tin cần thiết (ví dụ như kWh…). Đồng hồ cơ đo điện năng đang được sử dụng phổ biến hiện nay được xếp vào loại đồng hồ dạng này. NHỮNG NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN NĂNG DẠNG TƯƠNG TỰ Xử lý tín hiệu tương tự là một kỹ thuật không linh hoạt. Một đồng hồ dạng này không thể dễ dàng tái thiết lặp để phù hợp với một yêu cầu mới hoặc nhu cầu nâng cấp lên sau khi đã sử dụng. Đồng hồ dạng tương tự không có tính ổn định đối với những thay đổi lớn của điều kiện môi trường và thời gian. Đồng hồ dạng tương tự có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất cũng như chuẩn hoá cao hơn so với đồng hồ dạng số. Đồng hồ dạng tương tự không có tính tích hợp cao (cốt lõi của việc giảm chi phí). GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 3 ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN N ĂNG THEO CÔNG NGHỆ MỚI Đồng hồ số làm việc dựa trên nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC : Analog to Digital Converter). ADC lấy mẫu tại mỗi thời điểm tín hiệu tương tự đưa vào và sau đó chuyển chúng về dạng số. Một khi đã ở dạng tín hiệu số, các mạch xử lý tín hiệu số hoặc vi xử lý có thể dễ dàng xử lý các tín hiệu này . Chính vì cốt lõi của đồng hồ này là việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số nên đòi hỏi ADC cần phải phù hợp với một số yêu cầu sau: ü Độ phân giải cao, từ 16bit trở lên. Chính vì tầm hoạt đôïng rộng (4%lb đến 400%lb) và yêu cầu độ chính xác cao (0.5%) nên độ phân giải của ADC phải cao. Một trong những cách để đạt được điều này là sử dụng kỹ thuật Oversampling và DSP. ü Tốc độ lấy mẫu ít nhất phải từ 2 đến 4 kSPS (kilo Sample per Second). Theo định luật Nyquist tần số lấy mâãu phải gấp hai lần tần số lớn nhất của tín hiệu đo. ü Chi phí thấp. Ngoài chi phí cho ADC còn phải lưu ý đến chi phí của các linh kiện đi kèm với ADC. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 4 ü Công suất tiêu thụ thấp. Một trong những thử thách của việc thiết kế đồng hồ la ø việc thiết kế bộ nguồn cung cấp (PSU : Power Supply Unit). Bộ nguồn phải có chi phí thấp và độ tin cậy cao (khả năng hoạt động từ 15 đếùn 20 năm). KỸ THUẬT OVERSAMPLING Một trong những cách đáp ứng được yêu cầu đạt được độ phân giải cao cho ADC là sử dụng lý thuyết lượng tử hoá tăng độ phân giải ADC trong băng thông mong muốn. Điều này có thể thực hiện được bằng kỹ thuật Oversampling, ví dụ như việc lấy mẫu tại tần số cao hơn tần số Nyquist. Giả sử ta sử dụng một IC ADC 12bit và lấy mẫu với tốc đôï 100kSPS tín hiệu có tần số tối đa 2kHz thì độ phân giải đạt được có thể được tính theo công thức. úû ù êë é++= kHz kHzlogdB.bitsx.SNR 4 100 1076112026 10 SNR = 87.98dB = 14.3bits Với kỹ thuật trên, độ phân giải của ADC đã tăng lên 14.3bit so với 12 bit. Tóm lại độ phân giải sẽ tăng ½ LSB khi tăng gấp đôi tốc độ lấy mẫu. CẤU TRÚC ADC ADC hiện nay dựa trên 5 công nghệ chuyển đổi chính: ü SAR ( Successive Approximation) ü Flash (Parallel) và Half Flash ü Integrating (Dual Slope) ü V/F (Voltage to Frequency) ü S-D (Sigma – Delta) SAR (SUCCESSIVE APPROXIMATION) ADC ADC dựa trên kỹ thuật xấp xỉ liên tiếp được sử dụng rất phổ biến. Kỹ thuật này dựa trên việc so sánh liên tục tín hiệu lấy mẫu, sau đó chuyển điêïn áp này thành giá trị nhị phân thích hợp. Ưu điểm ü Tốc đôï cao, có thể đạt được tốc độ 1 triệu mẫu/1 giây. ü Tiêu thụ năng lượng khá thấp so với các loại ADC khác. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 5 ü Chi phí tương đối thấp đối với ADC có độ phân giải thấp (nhỏ hơn 12bit). Nhược điểm ü Chi phí cao khi độ phân giải đòi hỏi cao (lớn hơn 14bit). ü Tín hiệu ngõ ra các bộ biến đổi (biến áp hoặc biến dòng) phải được xử lý trước khi đưa đến ADC, điều này khiến cho chi phí tăng lên. FLASH (PARALLEL) VÀ HALF FLASH ADC Kỹ thuật Flash chuyển tín hiệu lấy mẫu thành giá trị nhị phân theo một bước hoặc hai bước (đối với loại Half Flash). Vì vậy thời gian chuyển đổi rất ngắn. Cấu trúc này thường được dùng cho ADC có độ phân giải thấp (8bit đến 10bit) nhưng lại có tốc độ lấy mẫu cao (từ 20 đến 50 MSPS). Ưu điểm ü Tốc độ chuyển đổi rất cao. Nhược điểm ü Độ phân giải thấp. ü Tiêu thụ công suất lớn. ü Chi phí tương đối cao. ü Tín hiệu ngõ ra các bộ biến đổi (biến áp hoặc biến dòng) phải được xử lý trước khi đưa đến ADC, điều này khiến cho chi phí tăng lên. INTEGRATING (DUAL SCOPE) ADC Công nghệ này thường được sử dụng trong việc đo lường có tốc độ chậm nhưng đòi hỏi độ chính xác cao như trong các đồng hồ số đa năng. Nó có thể đạt được độ phân giải tối đa 22bit và có khả năng nén, hạn chế nhiễu cao. Ưu điểm ü Độ chính xác cao. ü Công suất tiêu thụ khá thấp. ü Chi phí tương đối thấp. Nhược điểm ü Tốc đôï chuyển đổi bị hạn chế. Độ chính xác giảm đi khi tốc độ lấy mẫu tăng. V/F (VOLTAGE TO FREQUENCY) ADC GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 6 Công nghệ V/F chuyển đổi tín hiệu lấy mẫu thành giá trị nhị phân tương ứng theo hai bước : thứ nhất chuyển tín hiệu vào sang tần số rồi sử dụng một bộ đếm để chuyển tần số này sang giá trị nhị phân. Vì vậy, theo lý thuyết thì độ phân giải đạt được có thể tăng lên đáng kể. Ưu điểm ü Độ chính xác cao. ü Công suất tiêu thụ thấp. ü Chi phí tương đối thấp. Nhược điểm ü Giống như loại Integrating ADC, loại này bị giới hạn bởi tốc độ lấy mẫu. Độ chính xác của nó tỉ lệ nghịch với tốc độ lấy mẫu. ü Cần một bộ đếm ngoài (vi xử lý hoặc IC số) để chuyển đổi giá trị. S-D (SIGMA – DELTA) ADC Trong những năm gần đây, công nghệ Sigma – Delta đã trở nên phổ biến trong việc chế tạo ADC. Một trong những ưu điểm lớn nhất của loại này là có thể tích hợp chúng với DSP (Digital Signal Processing) hoặc VLSI (Very Large Scale Integration). Về cơ bản thì Sigma – Delta có thể chuyển đổi một tín hiệu tương tự với độ phân giải cực thấp (1bit) với tốc độ cực kỳ cao. Bằng cách sử dụng kỹ thuật Oversampling và loại nhiễu, nó có thể đạt đựơc độ phân giải cao. Ưu điểm ü Độ phân giải cao, có thể đạt được 22bit. ü Tốc độ chuyển đổi tương đối cao so với hai loại Integrating ADC và V/F ADC. ü Có thể tích hợp với IC khác tạo nên một IC đơn có nhiều tính năng với chi phí thấp. ü Chính vì sử dụng kỹ thuật Oversampling nên không đòi hỏi việc xử lý tín hiệu đầu vào. Nhược điểm ü Cần có bộ điều chế cao hơn một khi đòi hỏi tốc độ chuyển đổi cao. ü Công suất tiêu thụ tương đối cao co với loại SAR và Integrating ADC. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 7 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ ĐÃ ĐƯỢC CHUYỂN ĐỔI Một khi đã được chuyển đổi sang giá trị số, các giá trị điện áp và dòng điện sẽ được nhân với nhau, lọc và xử lý để đưa ra các dữ liệu yêu cầu. Các bộ biến đổi dòng và áp (voltage and current transducers) có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện lưới thành tín hiệu có biên độ nhỏ hơn phù hợp với ADC. Sau khi được lấy mẫu và chuyển đổi, các tín hiệu này được xử lý bằng các mạch số để đưa ra các dữ liệu cần thiết như: công suất thực, công suất phản kháng, công suất biểu kiến… Ngoài ra đồng hồ còn có các tính năng khác như bộ nhớ để lưu các giá trị hoặc các thông số chuẩn hoá, bộ nguồn cung cấp và thiết bị hiển thị (LED hoặc LCD) để hiển thị giá trị đã đo được. Thêm vào đó các tính năng như AMR (Automatic Meter Reading) có thể mở rộng việc giao tiếp và quản lý của đồng hồ. Dựa vào sơ đồ khối trên, người ta có thể phân loại đồng hồ đo điện năng thành hai loại Đồng hồ dựa trên một DSP chuyên dụng GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 8 Đồng hồ dựa trên ADC và một DSP thông thường ĐỘ TIN CẬY CỦA THIẾT BỊ Trong những năm qua những đồng hồ cơ đo điêïn năng đang sử dụng rất đựơc người sử dụng tin cậy mặc dù độ chính xác của chúng chỉ đạt được 2% và tuổi thọ không thể vượt quá 30 năm. Chính vì thế, để đồng hồ theo công nghệ mới có thể thay thế được thế hệ đồng hồ cũ thì chúng phải đạt được độ tin cậy qua các cuộc kiểm tra. SAI SÓT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Hư hỏng loại này có thể chia làm hai loại: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài. Hư hỏng bên trong như hư hỏng linh kiện, sai sót do quá trình sản xuất. Hư hỏng bên ngoài phần lớn do quá trình vân chuyển vầ đóng gói gây nên. Để hạn chế hai loại hư hỏng này người ta thường tiến hành hai cuộc kiểm tra. KIỂM TRA THIẾT BỊ Ở NHIỆT ĐỘ CAO Những cuộc kiểm tra dạng này được gọi là kiểm tra độ bền của thiết bị. Chính trong những điều kiện khắc nghiệt của cuộc kiểm tra mới đánh giá đựơc mức độ hoàn hảo của thiết bị. Tỉ lệ hư hỏng bên trong có thể nhận biết được qua các phản ứng hoá học theo công thức Arrhenius: GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 9 ÷ ø ư ç è ỉ -= kT Eaexp.Ar Qua công thức trên, các nhà sản xuất có thể tính được tỉ lệ hư hỏng trong một thời gian xác định. KIỂM TRA TÍNH CHỊU ĐỰNG CỦA THIẾT BỊ ĐỐI VỚI CÁC TÁC ĐỘNG BÊN NGOÀI Chủ yếu trong cuộc kiểm tra này, nhà sản xuất sẽ kiểm tra độ tin cậy của thiết bị khi chịu các tác động về cơ khí như bị rớt, va chạm mạnh… Điều này rất quan trọng ví như thiết bị có thể hư sau vài giờ ở nhiệt độ cao nhưng có thể sẽ bị hư hỏng ngay lập tức khi bị va chạm mạnh. HƯ HỎNG DO SHOCK ĐIỆN Hư hỏng do sh ock điện phần lớn do sử dụng thiết bị ở phạm vi quá tầm hoạt động tối đa được đề cập trong tài liệu đính kèm. Để hạn chế sai sót này, nhà sản xuất thường tích hợp các mạch bảo vệ chống tĩnh điện trong IC như tăng khả năng chịu ESD (Eletrostatic Discharge)... Việc kiểm tra này bảo đảm rằng các IC vẫn hoạt động tốt sau khi bị shock điện trong một thời gian ngắn. KẾT LUẬN Qua các điều đã trình bày ở trên cho thấy các công nghệ mới đã làm giảm chi phí một cách đáng kể trong việc đo lường và quản lý điện năng. Các IC tích hợp chuyên dụng được sản xuất ngày càng nhiều làm giảm thời gian thiết kế và tăng tính linh hoạt cho các thiết bị đo. Chính điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất IC không ngừng mở rộng và phát triển ngành công nghiệp đo lường. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 10 GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 11 CHƯƠNG 2 : IC ĐO ĐIỆN NĂNG AT73C540 (HÃNG ATMEL) GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT ü Điện áp nguồn cung cấp thấp (nguồn 3V), công suất tiêu thụ thấp. ü Điện áp so sánh nội bên trong IC. ü Độ chính xác cao: <0.2% trong phạm vi hoạt động. ü Ngõ ra phát xung hỗ trợ nhiều tốc độ: từ 10 đến 1.000.000 imp/kWh. ü Ngõ vào dòng điện có bộ khuếch đại độ lợi lập trình được (PGA: Programmable Gain Amplifier). ü Cho phép sử dụng bộ biến dòng hoặc điện trở shunt. ü Phát hiện công suất tiêu thụ âm và giảm áp lưới. ü Chi phí thấp. AT73C540 là một IC đơn đo điện năng tiêu thụ một pha của hãng Atmel có khả năng đo công suất tiêu thụ giống như một điện năng kế một pha (công tơ mét). AT73C540 bao gồm hai bộ ADC theo công nghệ Sigma – Delta và khối xử lý tín hiệu. SƠ ĐỒ KHỐI GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 12 SƠ ĐỒCHÂN IC Chân Chức năng chân VDA, VSA Cấp nguồn cho mạch xử lý tín hiệu tương tự trong IC. VDA nối với nguồn ổn định +3V và VSA nối với mass. VDD, VSS Cấp nguồn cho mạch xử lý tín hiệu số trong IC. VDD nối vơi nguồn +3V và VSS nối mass. XI, XO Ngõ vào và ra dao động. Giá trị thạch anh mặc định là 7.3728MHz. Trong trường hợp dùng nguồn dao động ngoài, chân XO được bỏ trống và dao động được đưa vào chân XI. XRES Chân reset của IC (tích cực mức thấp). VIN Ngõ vào điện áp, tầm đo có thể thay đổi từ –1V đến +1V so với điện áp chân VREF. IINN, IINP Ngõ vào dòng điện. Điện áp tối đa sau bộ biến dòng là 1V giữa hai ngõ vào. VREF Ngõ vào điện áp so sánh. EP Ngõ ra xung đếm điện năng. Mối liên hệ giữa công suất tiêu thụ và tần số xung có thể thay đổi được. NEG Ngõ ra phát hiện công suất tiêu thụ âm (tích cực mức cao). VOL Ngõ ra phát hiện sụt điện áp lưới quá ngưỡng cho phép. ZC Tích cực mức cao ít nhất 0.25mS khi áp lưới qua zero. GC Ngõ vào điều khiển độ lợi dòng điện (tích cực mức thấp). GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 13 THÔNG SỐ KỸ THUẬT Ngõ ra xung EP cho phép tính toán được điện năng tiêu thụ theo công thức: ( ) ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ë é ÷ ø ư ç è ỉ ÷ ø ư ç è ỉ = h s3600 kWh impxMCkWP )Hz(f Trong đó, P là công suất thực (kW), MC là hằng số đo (số xung/kWh). HẰNG SỐ ĐO Tần số xung trên ngõ ra EP tỉ lệ với công suất tiêu thụ qua hằng số đo. Hằng số đo càng lớn, số xung/kWh càng lớn. Hằng số đo MC phụ thuộc vào tần số xung clock, điện áp đo cực đại, dòng đo cực đại, và hệ số tỷ lệ nội theo công thức : MAXMAX CLK xIxU55 xEPRATExf2 MC = với EPRATE là hệ số tỷ lệ nội được mô tả trong phần dưới THAY ĐỔI HỆ SỐ TỶ LỆ NỘI Trong thời gian khởi động IC , các ngõ ra NEG, ZC và VOL được xem như ngõ vào. Nếu một chân nối với điện trở kéo lên, chân đó xem như ở trạng thái tích cực (logic 1). Một chân bị bỏ trống (NC : not connected) hoặc nối với tải (LED …), sẽ được coi là đang ở trạng thái thấp (logic 0). Trạng thái này quyết định giá trị hệ số tỷ lệ nội được đề cập ở công thức trên. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 14 Bằng cách kết hợp các tần số xung clock và trạng thái ba chân NEG, VOL và ZC, người sử dụng có thể chọn lựa tần số xung phát, độ ch ính xác cũng như cấu hình phù hợp với nguồn tải tiêu thu.ï TRẠNG THÁI CÔNG SUẤT Ngõ ra NEG cho người sử dụng biết trạng thái của công suất. Nếu ngõ ra NEG ở mức cao, công suất tiêu thụ hiện tại là âm. Tuy nhiên IC vẫn tính toán công suất chính xác bất kể trạng thái công suất. Cấu hình đồng hồ đo với tốc độ 1000 xung/1kWh Cấu hình đồng hồ đo với tốc độ 10.000 xung/1kWh GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 15 GIÁM SÁT ĐIỆN ÁP LƯỚI Ngõ ra VOL cho phép người sử dụng gia ùm sát nguồn điện lưới đang sử dụng. Nếu nguồn điện lưới rớt xuống quá một giá trị ngưỡng đã định, IC sẽ báo động thông qua ngõ ra VOL. Nguỡng giới hạn có giá trị 40% tầm áp hoạt động, tần số lấy mẫu bằng 1/150.000 tần số xung clock. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 16 CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU IC ĐO ĐIỆN NĂNG AD7755 (HÃNG ANALOG DEVICES) GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT ü Độ chính xác cao, hỗ trợ tần số 50 / 60 Hz. ü Sai số < 0,3%. ü Điều khiển trực tiếp bộ đếm cơ và mô tơ bước hai pha trên một số ngõ ra (F1 và F2). ü Ngõ vào dòng điện có bộ khuếch đại độ lợi lập trình được (PGA : Programmable Gain Amplifier) cho phép sử dụng điện trở Shunt có giá trị nhỏ. ü Nguồn cung cấp đơn 5 V, công suất thấp (15mW). AD7755 là một IC đo điện năng có độ chính xác cao. AD7755 chỉ xử lý tín hiệu tương tự trong bộ ADC và mạch so sánh điện áp, tất cả các quá trình xử lý tín hiệu khác (nhân, lọc tín hiệu …) đều được thực hiện bằng tín hiệu số. Chính điều này đã tạo tính ổn định và độ chính xác cao trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt và trong cả thời gian dài. SƠ ĐỒ KHỐI GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 17 SƠ ĐỒCHÂN Chân Chức năng chân DVDD Chân cấp nguồn cho phần mạch số trong AD7755. Điện áp cung cấp cần phải được giữ ở mức 5V ± 5%. Chân này nên được nối với DGND qua một tụ 10uF song song với một tụ gốm 100nF. AC/DC Ngõ vào cho phép khả năng lọc tần số cao (nằm ngoài tầm 45Hz – 65Hz) trên ngõ vào dòng điện. AVDD Chân cấp nguồn cho phần mạch tương tự trong AD7755. Điện áp cung cấp cần phải được giữ ở mức 5V ± 5%. Chân này nên được nối với AGND qua một tụ 10uF song song với một tụ gốm 100nF. V1P, V1N Ngõ vào vi sai dòng điện. Mức điện áp tối đa là ±1V so với AGND. Cả hai ngõ vào đều được bảo vệ chống tĩnh điêïn ESD cho phép một điện áp ±6V có thể duy trì một thời gian mà không gây hư hỏng IC. V2N, V2P Ngõ vào điện áp. Tương tự như ngõ vào dòng điện, cả hai ngõ vào này đều được bảo vệ chống tĩnh điện ESD và có mức tín hiệu tối đa ±1V so với AGND. RESET Chân reset của IC (tích cực mức thấp). REFIN/OUT Ngõ vào điện áp so sánh cho ADC. Chân này được cấp điện áp 2.5V ± 8% và cần phải nối với AGND qua một tụ gốm 1uF GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 18 AGND Chân mass cho phần mạch tương tự trong AD7755. Để hạn chế nhiễu nên nối chân này với chân DGND. SCF Ngõ vào cho phép chọn lựa tần số chuẩn hoá. S1, S0 Cùng với SCF, 2 ngõ vào này cho phép người sử lựa chọn tần số chuẩn hoá. G1, G0 Ngõ vào chọn độ khuếch đại tín hiệu của ngõ vào dòng điện. Độ khuếch đại là 1, 2, 8 và 16. CLKIN Ngõ vào xung clock cho IC. Tần số của thạch anh là 3.58 MHz CLKOUT Ngõ ra xung clock của IC. Ngõ ra này có thể cấp xung clock cho 1 IC CMOS khác khi có xung clock vào tại CLKIN. REVP Ngõ ra này tích cực mức cao khi phát hiện thấy công suất tiêu thụ là âm (ví dụ khi điện áp và dòng điện lệch pha nhau 180o). Tín hiệu này không được chốt và sẽ được reset khi công suất tiêu thụ dương trở lại. DGND Chân mass của phần mạch số trong AD7755. Để hạn chế nhiễu, chân này nên được nối với AGND. CF Ngõ ra tần số chuẩn hoá. Ngõ ra này còn cung cấp thông tin về công suất thực tức thời, ngoài ra nó còn có mục đích chuẩn hoá. F2, F1 Ngõ ra tần số cung cấp thông tin về công suất trung bình tức thời. Hai ngõ ra này có thể trực tiếp điều khiển bộ đếm cơ hoặc mô tơ bước hai pha. THÔNG SỐ KỸ THUẬT NGÕ VÀO DÒNG ĐIỆN Điện áp từ bộ biến dòng được nối thẳng trực tiếp đến hai ngõ vào dòng điện của AD7755. Tín hiệu điện áp cực đại trên hai ngõ vào này không được quá ±500 mV. Ngoài ra, hai ngõ vào này có một bôï khuếch đại độ lợi lập trình được (PGA) với 4 lựa chọn :1, 2, 8 và 16. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 19 NGÕ VÀO ĐIỆN ÁP Cũng như ngõ vào dòng điện, tín hiệu điện áp sau khi qua bộ biến áp có thể được nối trực tiếp đến hai ngõ vào này nếu điện áp cực đậi không vượt quá ±500 mV SƠ ĐỒ KẾT NỐI TIÊU BIỂU Hình dưới đây cho thấy sơ đồ kết nối tín hiệu dòng điện sau khi đã qua bộ biến dòng với AD7755. Sử dụng bộ biến dòng và biến trở Rb cho phép đạt được điện áp tối đa ±500 mV. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 20 Hình bên dưới cho thấy hai sơ đồ kết nối tiêu biểu : sử dụng bộ biến áp và dùng bộ chia trở. Sử dụng biến áp có thể cách ly hoàn toàn điện áp lưới và điện áp mạch hoạt động. Đối với sơ đồ sử dụng bộ chia trở, điều chỉnh Ra và Rb cho phép điều chỉnh độ lợi của thiết bị đo. CÔNG THỨC CHUYỂN ĐỔI AD7755 tính toán công suất thực dựa trên hai tín hiệu điện áp ở các ngõ vào dòng điện và điện áp. Sau đó giá trị công suất này được chuyển đổi thành tần số. F1 và F2 là hai ngõõ ra cho phép tính được công suất thực trung bình dựa trên tần số và số xung mà hai ngõ ra này cung cấp. Tần số được tính theo công thức : 2 REF 4121 V xGAINxFxVxV06.8Freq -= CHUẨN HOÁ TẦN SỐ Ngõ ra xung CF được sử dụng vào mục đích chuẩn hoá. Tín hiệu xung tại ngõ ra này có thể gấp 128 lần tần số tại hai ngõ ra F1 và F2. Tần số này cho phép tính được công suất thực tức thời. Đó là trường hợp hai tín hiệu tại F1 và F2 vừa được nhân với nhau xong. Tuy nhiên vì tần số này khá cao nên giá trị công suất này chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn. GVHD: Ts. Nguyễn Đức Thành SVTH: Lê Hoàng Bảo Đề tài : Đo điện năng từ xa qua mạng RS485 Trang 21 Phương pháp dễ dàng nhất để tính được giá trị công suất tiêu thụ do AD7755 xử lý được là sử dụng ngõ ra CF nối với ngõ vào bộ đếm của vi điều khiển. Để cho việc chuẩn hoá đựơc chính xác, nên chọn khoảng thời gian từ 10 đến 20 giây để xác định được công suất tiêu thụ/1 xung. Tuy n