Stap 3: Energie knooppunt ontwerp introductie
De energie knooppunt eenheid is verantwoordelijk voor het lezen van de metingen van de EMIC en doorgeven van deze informatie eenmaal opgevraagd van de gateway. De energie-eenheid knooppunt is samengesteld uit drie belangrijke delen-de energie meting IC zelf, het sensing circuit en het circuit van de isolatie. Het energie-knooppunt werd ontworpen op een zodanige wijze dat het kan worden aangesloten rechtstreeks aan het basisstation met draden te bedienen als een standalone systeem.
Energie meting frontend (EMIC)
De CS5490 van cirrus logic wordt gebruikt als de frontend voor het meten van de energie. Uit de literatuurstudie bleek dat een gemakkelijke manier om te meten vermogen gebruiken een EMIC moest als geen verdere berekeningen nodig zijn en niets anders moet rekening worden gehouden. Een EMIC alleen moet worden opgezet en gekalibreerd en vervolgens de registers kunnen worden gelezen om de relevante informatie te krijgen. Er waren een paar EMICs in aanmerking zoals de MCP3903 van microchip. Het maakt gebruik van SPI-communicatie met een totaal van 8 pinnen gewijd aan communicatie (SCK, SDO, SDI, CS, Reset en 3 data klaar lijnen). De meeste EMICs gebruikt SPI communicatie. Maar de één logica-chip die erop stond was de CS5490 van CIRRUS LOGIC. Het maakt gebruik van de UART voor communicatie en lijkt te zijn krachtiger dan andere EMICs. Enkele van de functies die deze IC heeft zijn:
• Energie meetnauwkeurigheid van 0,1%
• Ondersteunt Shunt weerstand en CT
• On-chip metingen/berekeningen:
-Actieve, reactieve en zichtbare Power
-RMS spanning en stroom
-Power Factor en lijn frequentie
– Momentane spanning, stroom en vermogen
• Over stroom, spanning Sag en spanning zwellen detectie
• Ultra snelle On-chip digitale kalibratie
• UART seriële Interface
• On-chip temperatuursensor
• Één 3,3 V voeding
• Laag stroomverbruik: 13 mW
De CS5490 bevat onafhankelijke 4e bestellen Delta-Sigma analoog-naar-digitaal convertors voor zowel kanaal, referentie-circuits en de kern van de bewezen EXL signaalverwerking om actieve, reactieve en zichtbare energie meting. In toevoeging, RMS en power factor zijn berekeningen beschikbaar. Berekeningen worden uitgevoerd via een configureerbare energie puls of directe UART seriële toegang tot op de chip registreert. Momentane stroom, spanning en kracht metingen zijn ook beschikbaar via de seriële poort. De twee-draads UART minimaliseert de kosten van isolatie waar nodig.
De CS5940 vereist slechts 3 pinnen in totale Rx, Tx en een Reset. EMICs zijn over het algemeen aangesloten op netspanning te krijgen van de lezingen van de spanning en als zodanig is er een noodzaak om te isoleren van de IC van de microprocessor die communiceren met het. Optokoppelaars werden gebruikt in dit project een geïsoleerde verbinding tussen de gateway (Beaglebone black) en de IC. De optocoupler kunt isoleren twee circuits van elkaar als de gegevens met behulp van licht worden verzonden en het heeft een licht gevoelige transistor alle gehuisvest in een klein pakket. Handig dit werkt ook als een level shifter zoals de Beaglebone black functioneert op 3.3V en sommige delen op 5V logica en de energie metering IC alleen op 3,3 v logica twee problemen met een apparaat oplossen.
Een configureerbare digitale uitgang levert energie pulsen, nul-kruising, energie richting, of onderbreekt functies. Interrupts kunnen worden gegenereerd voor een verscheidenheid van omstandigheden waaronder de spanning sag of deining, over de huidige, en meer. Op de chip register integriteit is verzekerd via de checksum en schrijven bescherming. De CS5490 is ontworpen om de interface aan een verscheidenheid van spanning en huidige sensoren, waaronder shunt weerstanden, stroomtransformatoren en Rogowski spoelen.
De EMIC vereist sommige circuits te doen van de metingen. Voor de meting van de spanning een voltage scheidingslijn tussen de twee lijnen werd gebruikt en voor Stroommeting een shunt weerstand werd gebruikt. De IC kan een maximum van 250mV piek tot piek op zowel de meting van de spanning en huidige meting ingangen zodat de CT of Shunt weerstand en spanning dividers moeten worden gekozen op een zodanige wijze dat de maximumwaarden zal nooit worden bereikt anders de IC kunnen breken.
