
I. Visão Geral
Esta solução utiliza um chip de controlo principal de alto desempenho e uma arquitetura colaborativa de múltiplos módulos para alcançar a aquisição, processamento, visualização e transmissão remota precisas dos parâmetros da rede trifásica, atendendo aos requisitos de monitorização em tempo real dos sistemas de energia. Ao assegurar a precisão da medição, este medidor de energia digital resolve eficazmente problemas de interferência através de múltiplas inovações tecnológicas e otimiza os custos de produção.
II. Estrutura Geral do Medidor e Funções
Arquitetura do Sistema
Adota um modelo de arquitetura "chip de controlo principal como núcleo, colaboração de múltiplos módulos" para realizar funções integradas de aquisição, processamento, visualização e transmissão de dados.
Funções dos Módulos Principais
- Módulo do Chip de Controlo Principal
- Dispositivo Central: Chip MSP430F5438A
- Funções Integradas: Circuito de conversão AD, circuito de oscilador de alta frequência, circuito de oscilador de baixa frequência
- Principais Responsabilidades: Controle dos módulos do sistema e processamento de sinais de dados
- Design Especial: O circuito de oscilador de baixa frequência tem capacitores de compensação embutidos; a entrada de frequência principal está conectada apenas a um cristal de baixa frequência de 32768Hz.
- Módulo de Circuito de Aquisição de Sinal
- Aquisição de Tensão: Circuito divisor de tensão de atenuação trifásico
- Aquisição de Corrente: Transformadores de corrente trifásicos
- Condição de Sinal: Circuito de amplificador operacional (amplificação e conversão de nível)
- Configuração de Canais: Canais de amostragem analógica de tensão, canais de amostragem analógica de corrente
- Função: Realiza a aquisição precisa de sinais de tensão e corrente trifásicos.
- Módulos de Funções Auxiliares
- Relógio de Tempo Real (RTC): Fornece uma base de tempo precisa, garantindo a precisão do carimbo de data/hora dos dados.
- Memória de Informações Interna: Armazena parâmetros de operação do medidor e dados adquiridos, suporta modificação de conteúdo.
- Módulo de Controlo de Visualização: Exibe parâmetros da rede elétrica, equipado com proteção anti-interferência.
- Interface de Comunicação: Interface RS485, suporta conexão a computadores de monitorização remota para upload de dados em tempo real.
- Módulo de Alimentação: Saída de alimentação em múltiplos níveis
- Saída de 5V: Para o módulo de circuito de aquisição de sinal.
- Saída de 3.3V: Para o chip de controlo principal, RTC, memória, módulo de controlo de visualização.
- Saída Isolada de 5V: Para a interface de comunicação.
III. Melhorias Técnicas Nucleares e Vantagens
- Solução de Interferência na Linha Neutra
- Problemas Tradicionais
- A linha neutra precisava passar por 4 resistores com uma resistência total de 1.496MΩ.
- O condutor da linha neutra era suscetível a interferências quando flutuante.
- Exibição anormal da tensão trifásica quando não havia tensão aplicada.
- Dados instáveis, afetando a precisão de amostragem e medição.
- Design Melhorado
- A linha neutra do canal de amostragem analógica de tensão é conectada diretamente ao terra do sistema.
- Vantagens Técnicas
- Resolve completamente os problemas de interferência na linha neutra.
- Elimina 4 resistores da linha neutra, simplificando o design do circuito.
- Reduz a dificuldade e o custo de produção.
- Design Anti-Interferência EFT
- Solução de Design
- Um módulo anti-EFT é colocado entre o módulo de controlo de visualização e o chip de controlo principal.
- O módulo consiste em 4 capacitores (C1-C4), correspondendo um a um com as linhas de sinal de comunicação.
- Especificação dos Capacitores: C1, C3, C4 são 10000pF; C2 é 3300pF.
- Uma extremidade do capacitor está conectada à linha de sinal, a outra extremidade está ligada ao terra.
- Vantagens Técnicas
- Fornece proteção eficaz para cada linha de sinal de comunicação.
- Passa no teste de imunidade a EFT de 4kV.
- Possui forte capacidade anti-EFT.
- Proteção Anti-Discharge Eletrostática e Otimização da Estabilidade do Relógio
- Configuração do Oscilador de Cristal
- A entrada de frequência principal do chip de controlo principal está conectada apenas a um cristal de baixa frequência de 32768Hz.
- O circuito de oscilador de baixa frequência interno do chip tem capacitores de compensação embutidos.
- Três Vantagens
- Desempenho ESD: Passa no teste de descarga eletrostática de 15kV no ar, opera de forma estável.
- Precisão do Relógio: Gera um relógio de segundos através de divisão de frequência, garantindo a estabilidade do relógio de amostragem ADC.
- Simplificação do Circuito: Elimina o circuito de conversão AD externo e 2 capacitores de compensação de oscilador de cristal.
IV. Eficácia Técnica Geral
- Realização de Funcionalidades
- Completa de forma estável a aquisição e processamento de sinais de tensão e corrente trifásicos.
- Função de visualização de dados em tempo real.
- Upload de dados em tempo real para computadores de monitorização via interface RS485.
- Atende às necessidades de monitorização em tempo real do setor de energia.
- Melhorias de Desempenho
- Resolve eficazmente três problemas nucleares: interferência na linha neutra, interferência eletrostática e interferência EFT.
- Melhora significativamente a precisão de aquisição e medição de dados.
- Aumenta grandemente a estabilidade operacional do equipamento.
- Otimização de Custos
- Elimina múltiplos resistores, capacitores e o circuito de conversão AD externo.
- Simplifica o processo de produção, reduzindo a dificuldade de produção.
- Reduz os custos de fabricação, possuindo alto valor de aplicação engenhosa.
V. Valor de Aplicação
Esta solução de medidor de energia digital, através de design de circuito inovador e tecnologia anti-interferência, alcança a monitorização de parâmetros de energia de alto desempenho e alta confiabilidade. Simultaneamente, otimiza a estrutura de custos do produto, fornecendo um produto técnico competitivo para o campo de monitorização de sistemas de energia, adequado para vários cenários de monitorização de energia industrial.