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Medidor Digital de Alta Performance: Solução Anti-Interferência para Monitorização de Sistemas Tri-fásicos

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

10/10/2025
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