Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay điều khiển và tự động hóa là một trong những ngành đang được đào tạo nhằm đáp ứng nhu cầu nhân lực về những ngành nghề công nghệ cao trong hầu hết các trường đại học cao đẳng trên toàn quốc. Qua đó ngoài việc chúng em được các thầy, cô trong bộ môn tự động hóa của trường đại học bách khoa hà nội truyền đạt các kiến thức, kinh nhiệm vô cùng quý báu và bổ ích nhằm tiền đề cho công việc sau này. Vì vậy cuốn đồ án tốt nghiệp này vô cùng quan trọng để chúng em có thể vận dụng những kiến thức đã được học tập và nghiên cứu tại trường. Chúng em đã hiểu biết rất nhiều điều trong quá trình làm đò án này cũng nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy Võ Duy Thành và một số thầy trong bộ môn. Đó cũng là bước chuẩn bị, làm quen với công việc và bổ sung thêm những phần kiến thức còn hạn hẹp để chúng em không bị lúng túng khi tiếp xúc với những công việc sau này Trong đồ án này chúng em nhận thấy vấn đề chất lượng điện áp cần phải đươc quan tâm hơn vì những thiết bị công nghệ cao ngày càng đòi hỏi hệ thống chất lượng điện ngày càng cao. Nhận thấy vậy nhóm em dã chọn đề tài thiết kế bộ kiểm tra chất lượng điện áp qua theo dõi sự ổn định của áp lưới 3 pha đồ án gồm tất cả 4 phần: Phần 1: Giới thiệu chung. Phần 2: Lựa chọn phương án. Phần 3: Thiết kế mạch điều khiển, Phần 4: Lập trình và thử nhiệm.
LỜI NÓI ĐẦU M C L CỤ Ụ L I NÓI Đ UỜ Ầ 2 CH NG 1: GI I THI U CHUNGƯƠ Ớ Ệ 3 1.1. Gi i thi u đ tài đánh giá ch t l ng đi n ápớ ệ ề ấ ượ ệ 3 1.2. Yêu c uầ 7 1.3. L a ch n ph ng án.ự ọ ươ 8 1.5. S đ kh i c a h th ngơ ồ ố ủ ệ ố 9 CH NG 2 : C S LÝ THUY TƯƠ Ơ Ở Ế 10 2.1. Thiết bị đo 10 2.2. Cấu trúc vi điều khiển ATmega32 12 2.3. Thiết bị lưu trữ dữ liệu 37 2.4 Thi t b hi n th LCD1602ế ị ể ị 40 CH NG 3: THI T K M CH ĐI U KHI NƯƠ Ế Ế Ạ Ề Ể 42 3.1. S đ nguyên lý h th ng.ơ ồ ệ ố 42 3.2. Thu t toán cho h th ng.ậ ệ ố 46 3.3 Mã ngu n ch ng trình.ồ ươ 51 CH NG 4: TH C NGHI M VÀ K T QUƯƠ Ự Ệ Ế Ả 53 K T LU NẾ Ậ 54 PH L CỤ Ụ 52 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 69 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 LỜI NÓI ĐẦU L I NÓI Đ UỜ Ầ Hi n nay đi u khi n và t đ ng hóa là m t trong nh ng ngành đang đ c đào t o ệ ề ể ự ộ ộ ữ ượ ạ nh m đáp ng nhu c u nhân l c v nh ng ngành ngh công ngh cao trong h u h t các ằ ứ ầ ự ề ữ ề ệ ầ ế tr ng đ i h c cao đ ng trên toàn qu c. Qua đó ngoài vi c chúng em đ c các th y, cô ườ ạ ọ ẳ ố ệ ượ ầ trong b môn t đ ng hóa c a tr ng đ i h c bách khoa hà n i truy n đ t các ki n th c, ộ ự ộ ủ ườ ạ ọ ộ ề ạ ế ứ kinh nhi m vô cùng quý báu và b ích nh m ti n đ cho công vi c sau này. Vì v y cu n ệ ổ ằ ề ề ệ ậ ố đ án t t nghi p này vô cùng quan tr ng đ chúng em có th v n d ng nh ng ki n th c ồ ố ệ ọ ể ể ậ ụ ữ ế ứ đã đ c h c t p và nghiên c u t i tr ng. Chúng em đã hi u bi t r t nhi u đi u trong ượ ọ ậ ứ ạ ườ ể ế ấ ề ề quá trình làm đò án này cũng nh s giúp đ t n tình c a các th y Võ Duy Thành và m t ờ ự ỡ ậ ủ ầ ộ s th y trong b môn. Đó cũng là b c chu n b , làm quen v i công vi c và b sung thêmố ầ ộ ướ ẩ ị ớ ệ ổ nh ng ph n ki n th c còn h n h p đ chúng em không b lúng túng khi ti p xúc v i ữ ầ ế ứ ạ ẹ ể ị ế ớ nh ng công vi c sau này ữ ệ Trong đ án này chúng em nh n th y v n đ ch t l ng đi n áp c n ph i đ c quan tâmồ ậ ấ ấ ề ấ ượ ệ ầ ả ươ h n vì nh ng thi t b công ngh cao ngày càng đòi h i h th ng ch t l ng đi n ngày ơ ữ ế ị ệ ỏ ệ ố ấ ượ ệ càng cao. Nh n th y v y nhóm em dã ch n đ tài thi t k b ki m tra ch t l ng đi n áp qua theo ậ ấ ậ ọ ề ế ế ộ ể ấ ượ ệ dõi s n đ nh c a áp l i 3 pha đ án g m t t c 4 ph n:ự ổ ị ủ ướ ồ ồ ấ ả ầ Ph n 1: Gi i thi u chung.ầ ớ ệ Ph n 2: L a ch n ph ng án.ầ ự ọ ươ Ph n 3: Thi t k m ch đi u khi n,ầ ế ế ạ ề ể Ph n 4: L p trình và th nhi m.ầ ậ ử ệ Hà n i, ngày 20 tháng 6 năm 2014ộ Sinh viên th c hi nự ệ 3 LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG CH NG 1: GI I THI U CHUNGƯƠ Ớ Ệ 1.1. Gi i thi u đ tài đánh giá ch t l ng đi n ápớ ệ ề ấ ượ ệ Đi n áp 3 pha t i Vi t nam có t n s tiêu ch n là 50 Hz h u nh không thay đ i . ệ ạ ệ ầ ố ẩ ầ ư ổ Nh ng đi n áp 3 pha trong quá trình s n xu t do các lý do khách quan và ch quan ư ệ ả ấ ủ th ng thay đ i trong quá trình làm vi c. Vì th nhu c u c p thi t 1 h th ng đo ườ ổ ệ ế ầ ấ ế ệ ố l ng đ ki m tra và đánh giá ch t l ng c a đi n áp 3 pha trong s n xu t là r t c n ườ ẻ ể ấ ượ ủ ệ ả ấ ấ ầ thi t.ế Trong th i đ i công nghi p hóa hi n đ i hóa ngày nay, cùng v i s phát tri n ờ ạ ệ ệ ạ ớ ự ễ nh ư vũ bão c a k thu t đi n t trong nh ng năm g n đây mà đ c thù là công ngh bán ủ ỹ ậ ệ ử ữ ầ ặ ệ d n ẫ và vi đi n t , đã cho ra đ i nhi u s n ph m vi x lý ngày m t hoàn thi n h n. T ệ ử ờ ề ả ẩ ử ộ ệ ơ ừ h viọ đi u khi n 8051 kinh đi n đã xu t hi n các dòng khác v i nh ng tính năng u ề ể ể ấ ệ ớ ữ ư vi t và ệ hoàn thi n h n nh PIC, AVR, LPCệ ơ ư Nh vào s phát tri n m nh m c a Vi ờ ự ể ạ ẽ ủ x lý thì đo ử l ngn t đ ng đã tr thành m t nhu c u r t c n thi t trong đ i s ng sinh ườ ự ộ ở ộ ầ ấ ầ ế ờ ố ho t cũng ạ nh s n xu t. D i s xu t hi n c a các h c thuy t và các ng d ng c th trong đ i ư ả ấ ướ ự ấ ệ ủ ọ ế ứ ụ ụ ể ờ s ng hàng ngày, có th nói s m nh m c a các vi đi u khi n đã mang l i 1 b c ti n ố ể ự ạ ẽ ủ ề ể ạ ướ ế nhanh trong vi c đo l ng chính xác các đ i l ng v t lý.ệ ườ ạ ượ ậ C nh đó s phát tri n c a các thi t b l u tr d liêu l n đã mang l i kh năng làm ạ ự ể ủ ế ị ư ữ ữ ớ ạ ả vi c trong th i gian dài đ l u tr d li u trong các đi u ki n ph c t p.ệ ờ ể ư ữ ữ ệ ề ệ ứ ạ M c dù nhóm đã dành h t tâm huy t đ nghiên c u th c hi n đ tài đ c đúng ặ ế ế ể ứ ự ệ ề ượ th i ờ h n. Tuy nhiên, đây là đ tài th c t v đi u khi n nhi t đ đ u tiên mà nhóm tham ạ ề ự ế ề ề ể ệ ộ ầ gia th c hi n nên có th không tránh kh i sai sót trong quá trình thi t k và thi ự ệ ể ỏ ế ế công. R t mong nh n đ c s đóng góp ý ki n đ đ tài có th hoàn thi n h n. ấ ậ ượ ự ế ể ề ể ệ ơ 1.2 Yêu cầu đặt ra: - Thiết kế một module có khả năng theo dõi sự tăng giảm điện áp trên đường đây tải điện ba pha. - Xây dựng cơ sở dữ liệu trên module tạo ra biểu đồ saphir đánh giá chất lượng. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG - Dựa vào biểu đồ nhận xem xét chất lượng dưa ra phương án nhằm giải quyết vấn đề. 1.3 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng: Hệ số SARFI 1.3.1 Chỉ tiêu được sử dụng rộng rãi để đánh giá chất lượng điện áp là tần số biến thiên điện áp hiệu dụng trung bình hệ thống SARFIx ( System Average Rms Voltage Variation Frequeney Index) Để đánh giá tần suất xuất hiện của sag điện áp xuống dưới X% giá trị điện áp định mức (SẢRFIx), sử dụng công thức sau: SARFI = ∑ i M i M Trong đó : Mxi: Số sag điện áp giảm xuống dưới x% của giá trị định mức mà phụ tải thứ i chịu đựng. M: số phụ tải trong hệ thống đang khảo sát. x%: giá trị điện áp ngưỡng theo đơn vị tương đối, x nằm trong khoảng (10 đến 90%)Udđ. Theo thời gian tồn tại của sag có thể đánh giá theo các chỉ tiêu sau: 1.3.2 hệ số tần suất biến thiên điện áp hiệu dụng trung bình của sag tức thời SIARFIx(System Instantaneous Average Rms Voltage Variation Frequeney Index). Khoảng thời gian tồn tại của sag từ 0,5 đến 30 chu kì SIARFI = ∑ i M xi M Trong đó CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Mixi:số sag điện áp có đặc tính thời gian tồn tại từ 0,5 đến 5 chu kì và độ lớn giảm xuống dưới x% của giá trị điện áp định mức mà phụ tải thứ i chịu đựng. M: số phụ tải trong hệ thống đang khảo sát. X%: giá trị điện áp ngưỡng theo đơn vị tương đối, x nằm trong khoảng (10 đến 90%)Udđ. 1.3.3 Hệ số SMARFIx(System Momentary Average Rms Voltage Variation Frequeney Index) để đánh giá sag điện áp thoáng qua, thời gian tồn tại sag điện áp thoáng qua từ 30 chu kì đến 3s . công thức tính SMARFIx: SMARFI = ∑ i Mm xi M Trong đó: Mixi:số sag điện áp có đặc tính thời gian tồn tại từ 30 chu kì đến 3 giây và độ lớn giảm xuống dưới x% của giá trị điện áp định mức mà phụ tải thứ i chịu đựng. M: số phụ tải trong hệ thống đang khảo sát. X%: giá trị điện áp ngưỡng theo đơn vị tương đối, x nằm trong khoảng (10 đến 90%)Udđ. 1.3.4 sag điện áp tạm thời sử dụng công thức STARFIx(System Temporaty Average Rms Voltage Variation Frequeney Index) STARFI= ∑ i Mt xi M Trong đó: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Mixi:số sag điện áp có đặc tính thời gian tồn tại từ 3 giây đến 1 phút và độ lớn giảm xuống dưới x% của giá trị điện áp định mức mà phụ tải thứ i chịu đựng. M: số phụ tải trong hệ thống đang khảo sát. X%: giá trị điện áp ngưỡng theo đơn vị tương đối, x nằm trong khoảng (10 đến 90%)Udđ. Hình 1.1. Biểu đồ đường SAFI. Biểu đồ đường SAFI là một trục gồm hai đường %U và t(s) , mỗi một giá trị %U trong một khoảng thời gian t(s) nó lại đánh được một điểm trên đồ thị. Điểm đó càng gần đường SAFI thì chất lượng điện càng cao. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.2. Yêu c uầ Đo s thay đ i đi n áp 3 pha và th i gian hay s thay đ i đó x y ra. Ghi s thay đ i và ự ổ ệ ờ ự ổ ả ự ổ th i gian vào th nh (SD card , micro SD….).ờ ẻ ớ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.3. L a ch n ph ng án.ự ọ ươ Có nhi u ph ng pháp đo đi n áp xoay chi u nh ng h u h t đ u trên c s h đi n ề ươ ệ ề ư ầ ế ề ơ ở ạ ệ áp xu ng th p phù h p v i các thi t b đoố ấ ợ ớ ế ị M ch đ c thi t k s d ng c u đi n tr đ h đi n áp và vi đi u khi n ATmega32 ạ ượ ế ế ử ụ ầ ệ ở ể ạ ệ ề ể thu c h vi đi u khi n AVR 8 bit thông d ng.ộ ọ ề ể ụ Nhóm em ch n vi đi u khi n này vì nó có b ADC (analog digital convert) chuy n đ i ọ ề ể ộ ể ổ tín hi u đi n áp và b truy n thông SPI giao ti p đ c v i th nh .ệ ệ ộ ề ế ượ ớ ẻ ớ [...]... 1.5 Sơ đồ khối của hệ thống Khối chuyển đổi và hạ điện áp Khối xử lý tín hiệu ATmega32 Khối lưu trữ thông tin SDcard Khối hiển thị LCD 1602 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Thiết bị đo D1 D3 1N4007 R2 1N4007 100k FaA Trung ADC1 D2 D4 1N4007 R3 1N4007 1k Để đo được điện áp trên từng pha em sủ dụng phương pháp sử dụng cầu diode để nắn dòng thành điện áp 1 chiều và dung cầu điện. .. 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 3 Tạo nguồn AVCC từ VCC Điện áp tham chiếu cho ADC trên AVR có thể được tạo bởi 3 nguồn: dùng điện áp tham chiếu nội 2.56V (cố định), dùng điện áp AVCC hoặc điện áp ngoài đặt trên chân VREF Một lần nữa, bạn cần chú ý đến noise khi đặt điện áp tham chiếu, nếu dùng điện áp ngoài đặt trên chân VREF thì điện áp này phải được lọc thật tốt, nếu dùng điện áp tham chiếu nội 2.56V hoặc... chọn điện áp tham chiếu, kênh và chế độ hoạt động của ADC Chức năng của từng bit trên thanh ghi này sẽ được trình bày cụ thể như sau: Bit 7:6- REFS1:0 (Reference Selection Bits): là các bit chọn điện áp tham chiếu cho ADC, 1 trong 3 nguồn điện áp tham chiếu có thể được chọn là: điện áp ngoài từ chân VREF, điện áp tham chiếu nội 2.56V hoặc điện áp AVCC Bảng 2 tóm tắt giá trị các bit và điện áp tham... cầu điện trở để hạ điện áp xuống phù hợp với vi điều khiển Tính toán điện trở: CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT U max =450 V thì U R 7=4.45V phù hợp với đầu vào ADC của ATmega32 FaA R1 220K +5V 4 U1:A R10 10k R4 2.2k D 13 3 R11 out 1 2 1N4148 10k 11 Với Trung -5v LM324 R5 10k CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạch điện nạy có tác dụng biến đổi sóng hình sin thành xung vuông để dễ dàng xử lý trong đo đạc kỹ thuật số... với 32 thanh ghi làm việc Trong 1 chu kì clock, hoạt động tính toán số học giữa các thanh ghi hoặc giữa thanh ghi với dữ liệu trực tiếp sẽ được thực thi Hoạt động của ALU được chia ra làm 3 phần chính: xử lý số học, phép toán logic và các phép toán với bit Một số bổ sung trong kiến trúc cũng cho phép sử dụng các nhân tử hiệu quả, cho cả không dấu/có dấu và định dạng phân số 7 Ngắt – Interrupts ATmega32. .. “nuôi” bằng nguồn điện áp riêng ở chân AVCC, giá trị điện áp cấp cho AVCC không được khác nguồn nuôi chip (VCC) quá +/-0.3V Nhiễu (noise) là vấn đề rất quan trọng khi sử dụng các bộ ADC, để giảm thiểu sai số chuyển đổi do nhiễu, nguồn cấp cho ADC cần phải được “lọc” (filter) kỹ càng Một cách đơn giản để tạo nguồn AVCC là dùng một mạch LC kết nối từ nguồn VCC của chip như minh họa trong hình 3, đây là cách... đặt trên chân VREF thì điện áp này phải được lọc thật tốt, nếu dùng điện áp tham chiếu nội 2.56V hoặc AVCC thì chân VREF cần được nối với một tụ điện Việc chọn điện áp tham chiếu sẽ được đề cập chi tiết trong phần sử dụng ADC Các chân trên PORTA của chip ATmega32 được dùng cho bộ ADC, chân PA0 tương ứng kênh ADC0 và chân PA7 tương ứng với kênh ADC7 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 Thanh ghi Có 4 thanh trong... thường của ALU, 2 toán hạng xuất ra từ thanh ghi làm việc, lệnh thực thi, và kết quả lưu ngược lại thanh ghi làm việc chỉ trong 1 chu kì clock 6 trong số 32 thanh ghi được dùng như con trỏ địa chỉ gián tiếp 16-bit sử dụng cho địa chỉ không gian dữ liệu 1 trong 3 thanh ghi địa chỉ này có thể dùng như con trỏ địa chỉ look-up table trong bộ nhớ Flash Bộ ALU hỗ trợ các hoạt động tính toán số học và logic... so sánh (so sánh đi ện áp gi ữa 2 chân analog) nên trước khi thực hiện chuyển đổi, chúng ta cần set các bit MUX đ ể ch ọn kênh và ch ế độ cần sử dụng Bảng 3 tóm tắt các chế độ hoạt động của ADC thông qua các giá trị của các bit MUX Trong bảng này, ứng với các giá trị từ 00000 đến 00111 (nhị phân), các kênh ADC được chọn ở chế độ đơn kênh (tín hiệu input lấy trực tiếp từ các chân analog và so sánh với... Prescaler Bit này cho phép reset bộ prescale chung của Timer/Counter 0/1 Chuyển đổi ADC trong Atmega32 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chip AVR ATmega32 của Atmel có tích hợp sẵn các bộ chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit Có tất cả 8 kênh đơn (các chân ADC0 đến ADC7), 16 tổ hợp chuyển đổi dạng so sánh, trong đó có 2 kênh so sánh có thể khuyếch đại Bộ chuyển đổi ADC trên AVR không hoạt động theo nguyên lý flash . phương án nhằm giải quyết vấn đề. 1 .3 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng: Hệ số SARFI 1 .3. 1 Chỉ tiêu được sử dụng rộng rãi để đánh giá chất lượng điện áp là tần số biến thiên điện áp hiệu dụng. Frequeney Index) Để đánh giá tần suất xuất hiện của sag điện áp xuống dưới X% giá trị điện áp định mức (SẢRFIx), sử dụng công thức sau: SARFI = ∑ i M i M Trong đó : Mxi: Số sag điện áp giảm xuống. tồn tại sag điện áp thoáng qua từ 30 chu kì đến 3s . công thức tính SMARFIx: SMARFI = ∑ i Mm xi M Trong đó: Mixi:số sag điện áp có đặc tính thời gian tồn tại từ 30 chu kì đến 3 giây và độ