Smarta hemmet energi övervakning & management system (3 / 9 steg)

Steg 3: Energi nod design introduktion

Energi nod enheten ansvarar för att läsa mätningar av EMIC och vidarebefordrar denna information en gång begärde från gatewayen. Nod energienhet är sammansatt av tre delar – energi mätning IC själv, fjärranalys kretsen och isolering-banan. Noden energi har utformats på ett sådant sätt att den kan anslutas direkt till basstationen med sladdar att fungera som ett fristående system.

Energi mätning frontend (EMIC)

CS5490 från cirrus logic används som frontend för energi mätning. Från litteraturstudien stod det klart att ett enkelt sätt att mäta makt var att använda en EMIC som behövs ingen ytterligare beräkningar och inget annat måste beaktas. En EMIC bara måste ställas och kalibreras och då registren kan läsas för att få relevant information. Det fanns några EMICs under övervägande som MCP3903 från microchip. Det använder SPI kommunikation med sammanlagt 8 stift tillägnad kommunikation (SCK, SDO, SDI, CS, Reset och 3 data redo linjer). De flesta EMICs används SPI kommunikation. Men var det en logik chip som stod ut CS5490 från CIRRUS LOGIC. Det använder UART för kommunikation och verkar vara mer kraftfull än andra EMICs. Några av de funktioner som detta IC har är:

• Energi mätnoggrannheten på 0,1%

• Stöder Shunt motståndet och CT

• On-chip mätningar och beräkningar:

-Aktiv, reaktiv och uppenbara makt

-RMS spänning och ström

– Power Factor och linje frekvens

– Momentan spänning, ström och effekt

• Över ström, spänning Sag och spänning svälla detektion

• Ultrasnabb On-chip digitala kalibrering

• UART seriellt gränssnitt

• On-chip temperaturgivare

• Enda 3,3 V strömförsörjning

• Låg strömförbrukning: 13 mW

CS5490 innehåller oberoende 4. beställa Delta-Sigma analog-omvandlare för både kanal, referens kretsar och beprövade EXL signalbehandling kärnan att ge aktiv, reaktiv och uppenbara energi mätning. I tillägg, RMS och power factor finns beräkningar. Beräkningar är utdata via en konfigurerbar energi puls, eller direkt UART seriell åtkomst till på-flisa register. Momentan ström, spänning och ström mätningar finns också över den seriella porten. Två-tråd UART minimerar kostnaderna för isolering där så krävs.

CS5940 kräver bara 3 stift i totala Rx, Tx och Reset. EMICs är vanligtvis anslutna till elnätet att få spänning avläsningar och som sådan finns det ett behov att isolera IC från mikroprocessorn kommunicerar med den. Optocouplers användes i detta projekt för att upprätta en isolerad anslutning gateway (Beaglebone svart) och IC. Optocoupler kan isolera två kretsar från varandra som det överför data med hjälp av ljus och har en ljus känsliga transistor alla inrymt i ett litet paket. Bekvämt detta också fungerar som en nivå shifter som den Beaglebone svarten fungerar på 3,3 v och vissa delar på 5V logik och energi mätning IC endast på 3.3V logik lösa två problem med en enhet.

En konfigurerbar digital utgång ger energi pulser, noll-korsning, energi riktning, eller avbryter funktioner. Avbrott kan skapas av olika förhållanden inklusive spänning sag eller dyning, över strömmen, med mera. På-flisa register integritet säkerställs via check och skriva skydd. CS5490 är avsedd att anslutas till en mängd olika spänning och aktuella sensorer, inklusive shunt motstånd, strömtransformatorer och Rogowski spolar.

EMIC kräver vissa kretsar att göra mätningarna. För spänningsmatning en Spänningsavdelare används mellan de två linjerna och för strömmätning en shunt resistor användes. IC kan ta upp till 250mV topp till topp på båda spänningsmätning och nuvarande mätning ingångar så CT eller Shunt motståndet och spänningsavdelare måste väljas på ett sådant sätt att de maximala värdena kommer aldrig att nås annars IC kan bryta.