Powermeter: Unterschied zwischen den Versionen

Powermeter Release status: stable [box doku]

Description
Author(s)	Pl4nkton, siro
Last Version	1.00
Platform	AVR (ATXmega192a3)
License	Source: GPL
Download	c Code, trac

Echtzeit Leistungsmessung der Labor Stromversorgung und an 32A Außenleitung der Drehstromladekiste.

Status

Layout gnd gnd_iso mit x2 / widerstand und Überspannungsschutz nach Spannungsteiler
Kalibirierung
(optional) sqrt asm routine ?? -> geht auch so

Planung

Bauteile:

3 Stromwandler für 50A (L1, L2, L3) [1]
ATXMEGA 192A3-AU - 2 * 2M samples + dma
Gehäuse HUT 4-C
CAN
- MCP2515
- TI ISO1050
SIM1-0505 SIL4 (5V DC/ 5V DC galvanische Trennung) ist ungeregelt also Linearregler nach schalten
ZR431L (ADJUSTABLE PRECISION SHUNT REGULATOR) SOT23 1.24V
Überspannungsschutz

ADC

differential ADC signed mode, negativer Pin auf Vref (1,65V)
alle Spannungen am ADC Eingang müssen zwischen GND - Vcc (0 - 3,3V) liegen !
Messwerte sind +/- 11bit 0x031F == 3,3V, 0x0000 == 1,65V, 0xFCE0 == 0V

ADE7858
Rogowski spulen zur Strommessung
Display
- EA DOGL128S-6 könnte passen [2]
- oled 128*64 3.3V core / 12V led [3]
- [4] color oled

Layout

Messbereich: 35A max
- Um = SQRT(2)*35A/1000* 33 Ohm = +-1.63 V
Messbereich: 250 V Max (Außenleiter-Nullleiter)
- U = SQRT(2)*250V=354V
- Spannungsteiler 215:1
- mit R1=470k und R2=2k2 Spannungsteiler von 214.63:1
- Um=SQRT(2)*250V*2200/472200=+-1,647V
Spannungsreferenz Vref = 3.3V/2 = 1.65V
- Vout=(1+R1/R2)*1.24V
- R1/R2 = 1.65V/1.24V -1 = 0,330645161
- mit R1 = 33k und R2 = 100k
- Vout=(0,33+1)*1.24V=1,6492V
TODO: Spannungsoffset

Energiebedarf

3,3V muss > 1W sein

Xmega max 18mA + 6 mA ADCs + x
mcp 2515 5mA
iso 1050 2mA

iso 1050 73 mA

Spannungen

Nicht isoliert vom Bus

12-24V Canbus power
5V vom DC/DC aus 12-24V

Isoliert vom Bus

3,3V 1W vom DC/DC aus 5V
12V OLED ?

Gehäuse Pinbelegung

2 - 5 CAN
10 L1
11 L2
12 L3
13 N
18 - 21 StromWandler Labor
22 - 25 StromWandler Tankstelle

ATXMega 192A3

Verwendete Peripherie

Taktgenerator (32Mhz Interner PLL)
Timer0 (16Mhz Takt an PD2)
RTC
Interrupt
Events (startet den ADC, startet DMA Block transfers)
ADC1, ADC2 (Messung der Spannungen)
DMA0, DMA1 (Transfer der Messergebnisse in den SRAM)
USARTC1 (Debugging)
Timer1 (generiert Events, welche die ADCs starten)
GPIO (LEDs,...)

Pinbelegung

PDI

56 - PDI_DATA
57 - RESET / PDI_CLK

PA / ADC1 - Spannung

PA0 - Nullpunkt
PA1 - Nullpunkt
PA2 - L3 Spannungsteiler
PA3 - L2 Spannungsteiler
PA4 - L1 Spannungsteiler

PB / ADC2 - Strom

PB0 - Nullpunkt
PB1 - Nullpunkt
PB2 - x Stromwandler
PB3 - L2 Stromwandler
PB4 - x Stromwandler
PB5 - L1 Stromwandler
PB6 - L3 Stromwandler
PB7 - x Stromwandler

CAN - MCP2515

PD1 - INT
PD2 - CLK
PD4 - cs
PD5 - mosi
PD6 - miso
PD7 - sck

RGB-LED common Anode

PC0 - BLUE
PC1 - GREEN
PC2 - RED

LED - Status

LED aus - Powermeter aus, Energieversorgung überprüfen
LED grün - Powermeter ist an, misst keine Daten
LED blau - Powermeter misst Daten
LED cyan - Powermeter berechnet Leistungsaufnahme
LED rot blinkend - Fehler (Bufferoverflow ?)

Software

main()
{
 //configure powemeter_driver using Eventsystem:
 //Timer1 -> ADCA & ADCB -> DMA -> SRAM -> DMAInterrupt -> Timer1 -> ...
 //DMAInterrupt setzt Bit ADC_data_ready um Hauptprogramm zu signalisieren, das genug Daten im SRAM liegen
 //RAW-Werte im Hauptprogramm berechnet, danach die Seite im SRAM wieder freigegeben für weitere Messwerte
 //einmal pro Sekunde werden die RAW Werte über CAN geschickt
 while(1){
 check can_handler
 if(ADC_data_ready){calculate RAW power}
 error led blink
 }
}

Die Softare liefert RAW-Werte:

Die Spannung muss mit 0,1732177734375 = (1,65*215)/2048 multipliziert werden, um die Spannung in V zu berechnen.
Der Strom muss mit 0,0147964015151515 = 1000/(33*2048) multipliziert werden, um den Strom in A zu berechnen.
Die Leistung mit dementsprechend mit 0,0025629997253418 = (1,65*215*1000)/(33*2048*2048) multipliziert werden, um die Leistung in VA zu bekommen.

Lapcontrol

Die Daten des Powermeter können über lapcontrol powermeter ausgegeben werden. Bis jetzt wird aber nur der Gesamtverbrauch ausgegeben, nicht getrennt nach Phase.

lapcontrol -s kvm powermeter

CAN

Die Daten werden einmal pro Sekunde über den Can-Bus geschickt. Powermeter CAN Adresse: 0x05 Port: 0x06 TODO: was soll in Packet1 ?

Paket	Länge	data[0]	data[1-7]	Kennzeichner	Beispiel
1	4	0x00	(uint8_t)periods per Second, (uint16_t) ADC samples per second	Status Paket	0x00 0x32 0x0136
2	5	0x01	(uint32_t)WirkleistungC1	Phase 1 Wirkleistung	0x01 0x0001fdes
3	5	0x02	(uint32_t)WirkleistungC2	Phase 2 Wirkleistung	0x02 0x0001fdes
4	5	0x03	(uint32_t)WirkleistungC3	Phase 3 Wirkleistung	0x03 0x0001fdes
5	5	0x04	(uint32_t)ScheinleistungC1	Phase 1 Scheinleistung	0x04 0x0001fea5
6	5	0x05	(uint32_t)ScheinleistungC2	Phase 2 Scheinleistung	0x05 0x0001fea5
7	5	0x06	(uint32_t)ScheinleistungC3	Phase 3 Scheinleistung	0x06 0x0001fea5
8	5	0x07	(uint32_t)SpannungC1	Phase 1 Effektivspannung	0x07 0x00000552
9	5	0x08	(uint32_t)SpannungC2	Phase 2 Effektivspannung	0x08 0x00000551
10	5	0x09	(uint32_t)SpannungC3	Phase 3 Effektivspannung	0x09 0x00000553
11	5	0x0a	(uint32_t)StromC1	Phase 1 Effektivstrom	0x0a 0x0000af43
12	5	0x0b	(uint32_t)StromC2	Phase 2 Effektivstrom	0x0b 0x00007c43
13	5	0x0c	(uint32_t)StromC3	Phase 3 Effektivstrom	0x0c 0x0000d035

Gemessene Messwerte

Spannungsteiler

P1: 100/0,4650
P2: 100/0,4647
P3: 100/0,4647

Strom-Shunt

P1: 32,9 Ohm
P2: 32,9 Ohm
P3: 32,9 Ohm

Stromkasten Vortragsraum Farbe der Phasen Labor

Strom:

L1: grün (Pin 3 8P8)
L2: braun (Pin 1 8P8)
L3: blau (Pin 5 8P8)

Spannung:

L1: 7
L2: 8
L3: 9

Hilfreiche Links

Ähnliche Projekte:

Verwandtes Projekt von dem man lernen kann:

http://www.zabex.de/frames/wirkleistung.html

Brauchbarer Schaltplan zur Strommessung über Shunt: (Seite 5)

http://www.elv-downloads.de/service/manuals/EM1000HSM/66387_EM1000HSM_km.pdf

Mathe:

Xmega zeug:

weblabctrl

http://wl/power/ Auswertung über den aktuellen Verbrauch (10 Sekunden auf ersten Wert warten)

@@ Zeile 333: / Zeile 333: @@
 * http://de.farnell.com/atmel/at90usb162-16au/avr-usb-mcu-16k-flash-smd-tqfp32/dp/1455073
 * http://www.elektronik-projekt.de/thread.php?threadid=6215
+'''weblabctrl'''
+* http://wl/power/ Auswertung über den aktuellen Verbrauch (10 Sekunden auf ersten Wert warten)
 [[category:Automatisierung]]