Малогабаритный автономный регистратор ПКЭ с оптимизированной метрологией для широкого применения.

Следовательно, потребляемая мощность равна:
мВт.
Потребление индикатора FDCC0801A составляет 7 мА при включенной подсветке.
мВт.
Суммарная потребляемая мощность равна:
Вт.
Максимальный выходной ток стабилизатора
мА.
Таким образом, стабилизатор LM2950 удовлетворяет предъявляемым требованиям по току.
Окончательная принципиальная схема устройства приведена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Принципиальная схема средства регистрации

5. Оценка метрологических характеристик и технологических параметров
5.1. Оценка погрешности измерения частоты

Для оценки погрешности измерения частоты используем способ, который основан на измерении периода сетевого напряжения и оценке частоты по формуле f = 1/T. Если период измерять в секундах, то получаем значение частоты в герцах. Точность определения частоты зависит от точности измерения периода и точности выполнения операции деления. При использовании микроконтроллеров следует ориентироваться на работу с целыми числами. Типичные погрешности, учитываемые при этом – погрешность дискретизации и погрешность округления.
Будем измерять период сети в микросекундах. Для типового значения частоты 50 Гц период T составляет 20000 мкс. С помощью 16-разрядного таймера, работающего на частоте 1 МГц, можно измерить период до 65 мс, что соответствует частоте порядка 17 Гц. При частоте 99 Гц период равен 10101 мкс, т.е. таймер позволит измерить его с высокой точностью (погрешность дискретизации порядка 0,01%).
Основное рабочее соотношение
5.2. Оценка погрешности измерения напряжения

Точность вольтметра на микроконтроллере с двенадцатиразрядными АЦП составляет примерно 0,3 %. Ее вычисляют следующим образом: ошибка дискретности 1LSB + нелинейная ошибка (по данным фирмы-производителя МК – это 2LSB). Суммарная ошибка будет равна 3LSB. Соответственно, относительная погрешность γ=3/1024~0,3%. Погрешность абсолютная для показаний, близких к 220 В: 220*0,3/100 = ±0,66 В.
6. Оценка характеристик собственного потребления и продолжительности работы регистратора от одной батареи

Щелочные (алкалиновые) элементы питания напряжением в 1,5 вольт выпускаются в корпусах различного типоразмера от AA до D. При этом емкость элементов питания изменяется соответственно от 2400 мАч до 19100 мАч.
Выберем для данного устройства типоразмер AA. Технические характеристики элемента питания GP Ultra представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Технические параметры элемента питания
Высокое и стабильное рабочее напряжение.
Низкий уровень саморазряда – менее 1% за 1 год при температуре 20ºС градусов.
GP Ultra (размер AA)

Энергоемкость
2400мАч Номинальное / минимальное напряжение 1,5 В / 1,0 В Рекомендуемый максимально допу-стимый ток разряда ≤ 200 мА Хранение (рекомендуемая макс. tºC) ≤ 30º С градусов Рабочая температура - 55… + 85º С градусов Вес граммов

7. Разработка алгоритма работы регистратора


Рисунок 14 - Алгоритм инициализации



Рисунок 15 - Алгоритм работы

Описание алгоритма работы:
После подачи питания происходит инициализация контроллера, настройка портов ввода/вывода, счетчиков и др. периферии.
После этого контроллер переходит к выполнению основного цикла. В программе обработке прерываний происходит анализ состояния вывода PA0. В случае изменения состояния вывода происходит запуск счетчика импульсов таймера. Для определения состояния вывода во время предыдущего прохода цикла введен флаг, определяющий уровень сигнала на выводе PA0. Если флаг установлен, то сигнал имеет высокий уровень, иначе – низкий.
После изменения состояния вывода PA0 на противоположное происходит вычисление текущей частоты напряжения сети и среднеквадратического значения амплитуды напряжения. Полученное значение усредняется в течение 15 измерений и выводится на индикатор.
8. Разработка Программного обеспечения микроконтроллера

#include " EFM32WG.h"
#include " EFM32WG_gpio.h"
#include
#include "DisplayCommand.h"
#include "misc.h"

//------------------------------ Константы ---------------------------

/* преобр. номера бита в позицию в байте */
#define BIT(B) (1</* проверка бита на ноль */
#define TSTBIT0(ADDRESS,B) (!(ADDRESS & (BIT(B))))
/* проверка бита на единицу */
#define TSTBIT1(ADDRESS,B) (ADDRESS & (BIT(B)))
/* установка бита */
#define SETBIT(ADDRESS,B) (ADDRESS |= BIT(B))
/* сброс бита */
#define CLRBIT(ADDRESS,B) (ADDRESS&=~BIT(B))
/* установка битов по байтовой маске */
#define SETMASK(ADDRESS,BYTE) (ADDRESS |= BYTE)
/* очистка битов по байтовой маске */
#define CLRMASK(ADDRESS,BYTE) (ADDRESS &= ~(BYTE))
#define CLK_MHz 16
#define delay_mks(Time_mks) __delay_cycles((long)Time_mks*CLK_MHz);
#define delay_05mks() __delay_cycles((long)(CLK_MHz/2));
#define delay_ms(Time_ms) __delay_cycles((long)Time_ms*1000*CLK_MHz);

//-------------------- класс символьного ЖКИ дисплея --------------

#define FDCC08
#include " FDCC08.h" // Подключение файла содержащего функции
//для работы с дисплеем
FDCC08 Display; // создание класса

u16 flag = 0;
u16 nz = 0;
u16 f = 0;
u16 Prescaler = 12; //делитель частоты таймера
u32 Period = 10; //количество тактов по срабатыванию прерывания таймера
const double K = 100000; //коэффициент расчета частоты
double n=0; //количество тактов за период
double FrMid=0; //частота
double Frbuf=0; double m=0;
void Delay(uint32_t nCount)
{
while(nCount--) {}
}

void init_timer(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef base_timer;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); // включаем тактирование таймера

TIM_TimeBaseStructInit(&base_timer);
/* Делитель учитывается как TIM_Prescaler + 1, поэтому отнимаем 1 */
base_timer.TIM_Prescaler = Prescaler-1; // делитель 24000
base_timer.TIM_Period = Period; //период 100 импульсов
TIM_TimeBaseInit(TIM6, &base_timer);

/* Разрешаем прерывание по обновлению (в данном случае -
* по переполнению) счётчика таймера TIM6.
*/ отвечает и за опустошение ЦАП

TIM_ITConfig(TIM0, TIM_IT_Update, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); // Включаем таймер

/* Разрешаем обработку прерывания по переполнению счётчика
* таймера TIM0. это же прерывание
*/

NVIC_EnableIRQ(TIM0_DAC_IRQn);
}
void TIM0_DAC_IRQHandler(void)
{if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
{if (f==1) 
{if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==1)
n=n+1;else{f=0;n=n+1; }}else{if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==1)
n=n+1;else{f=0;Fr=K/n; //Измерение частоты
Frbuf=Frbuf+FrMid*FrMid; //Буфер, в который суммируются возведённые в квадрат 15 значений для измерения частоты
m=m+1;if (m>15)
{FrMid=Frbuf/m;
m=0;Frbuf=0;

#define FASTADC 1
// defines for setting and clearing register bits
#ifndef cbi
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#endif
#ifndef sbi
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#endif
void setup() {
int start ;
int i ;
#if FASTADC
// set prescale to 16
sbi(ADCSRA,ADPS2) ;
cbi(ADCSRA,ADPS1) ;
cbi(ADCSRA,ADPS0) ;
#endif

void loop() {
}

//--------------- Работа с дисплеем ----------------------
Display.Clear(); step = START_ALL; cou_edit=0;
delay_ms(10);
Display.X = 0; Display.Y = 0;
Display.WriteAdress(Display.PozToAdr()); // позиционирование на первую
puts(" Част.");
Display.X = 5; Display.Y = 0;
Display.WriteAdress(Display.PozToAdr());
puts(FrMid);

TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); // Очищаем бит обрабатываемого прерывания
}
}


void init_input(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_DeInit(GPIOA);
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
int main(void)
{
init_timer();
init_input();
init_usart();
do { } while(1);
}

//-----------------Запись данных в память---------------------
void EEPROM_write(unsigned int uiAddress, unsigned char ucData)
{
/* Ожидаем окончание предыдущей записи */
while(EECR & (1<;
/* Указание адреса и данных */
EEAR = uiAddress;
EEDR = FrMid;
/* Запись лог. 1 в EEMWE */
EECR |= (1</* Запуск записи путем установки EEWE */
EECR |= (1<}

unsigned char EEPROM_read(unsigned int uiAddress)
{
/* Ожидание завершения предыдущей записи*/
while(EECR & (1<;
/* Установка адресного регистра */
EEAR = uiAddress;
/* Разрешение чтения путем установки EERE */
EECR |= (1</* Возврат данных из регистра данных */
return EEDR;

Заключение
В данном курсовом проекте было разработано электронное устройство контроля ПКЭ – частоты питающей сети. По полученному заданию была проделана работа в полном объеме, разработано устройство для контроля показателей качества электроэнергии..При выполнении данной работы был получен ценный опыт разработки подобных устройств, получены навыки в разработке программ на языке С++, также были закреплены знания, аналоговой и цифровой схемотехники.

Список использованной литературы

ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ.
НПП «Энерготехника» Режим доступа http://www.entp.ru/catalog/pke/3
Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М. : Лр Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с . : ил.
Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.
EFM32WG. datasheet.– Energy Micro, june 2013.
Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.
LM2950. voltage regulator. datasheet.– stmicroelectronics, 1998.
Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с.
Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.
Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.
11. Общая информация, характеристики. Режим доступа http://cellfaktor.ru/viewtovar.php?vt=350&tov=10&cat=2&id=50










39