如何基于C2000內(nèi)置12位ADC設(shè)計(jì)電能計(jì)量方案?
摘要
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/385262.htm本應(yīng)用筆記介紹了基于C2000內(nèi)核和片內(nèi)12位ADC實(shí)現(xiàn)軟件電能計(jì)量的方案。C2000是德州儀器半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的32位高性能實(shí)時(shí)微控制器,廣泛應(yīng)用于諸如馬達(dá)驅(qū)動(dòng),數(shù)字電源等各種和功率控制相關(guān)的實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域,而電能和功率的計(jì)算在以上應(yīng)用中往往作為反饋控制的輸入信號(hào)存在。因此,將軟件電能計(jì)量算法集成到C2000平臺(tái)上是實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)控制SOC方案的關(guān)鍵。本文介紹了在C2000上實(shí)現(xiàn)軟件計(jì)量算法的具體方法以及TI基于C2000的軟件計(jì)量庫的使用方法,同時(shí)給出了測試結(jié)果。
1 C2000計(jì)量庫介紹
1.1應(yīng)用背景
節(jié)能環(huán)保的倡導(dǎo)和推行使大部分家用電器都有對(duì)能耗統(tǒng)計(jì)的需求,對(duì)于這個(gè)巨大的應(yīng)用市場,將C2000芯片在家電電機(jī)電源上的應(yīng)用優(yōu)勢在最小硬件成本添加代價(jià)下兼容拓展能耗統(tǒng)計(jì)功能是本次設(shè)計(jì)的目的。
C2000芯片專注于電機(jī)電源控制,其優(yōu)秀的性能已被業(yè)界普遍認(rèn)可。本次設(shè)計(jì)是基于C2000 Piccolo系列芯片搭建的軟件測試平臺(tái),實(shí)現(xiàn)一套滿足智能家居能耗計(jì)量的軟件庫,使用最小的硬件代價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)C2000應(yīng)用領(lǐng)域的豐富。
1.2硬件平臺(tái)及軟件庫介紹
本次參考設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)使用C2000 Piccolo Entry Line Control Pad,這是TI提供的一套低成本C2000開發(fā)板,基于此平臺(tái)搭建的電路進(jìn)行計(jì)量庫開發(fā)可以使用戶在逐步學(xué)C2000開發(fā)編程的同時(shí)實(shí)現(xiàn)一套能耗計(jì)量軟件。
此參考設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單相電能計(jì)量方案。參考設(shè)計(jì)的目的旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的單相計(jì)量庫。使用戶在這個(gè)參考設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上快速建立自己的單相計(jì)量方案。代碼庫提供有功功率,無功功率,視在功率,有功能量以及無功能量,同時(shí)還能測量回路電流有效值,電壓有效值,功率因數(shù),頻率等參數(shù),滿足單相電能計(jì)量的需求,軟件支持?jǐn)?shù)字校表。
2 第二部分 計(jì)量電路及功能描述
2.1計(jì)量代碼庫
調(diào)用計(jì)量庫時(shí),只需要將emeter目錄下的所有文件都添加進(jìn)來,就能夠使用計(jì)量功能了。其中文件emeter-interface.h中聲明了所有對(duì)外調(diào)用接口,供程序調(diào)用,以實(shí)現(xiàn)校表和計(jì)量數(shù)據(jù)讀取等功能。算法庫默認(rèn)配置ADC轉(zhuǎn)換率為3200點(diǎn)/秒,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為12bit,數(shù)據(jù)范圍0—4096,實(shí)現(xiàn)單相計(jì)量。函數(shù)adc_interrupt()實(shí)現(xiàn)對(duì)原始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的運(yùn)算,measurement_callback()負(fù)責(zé)進(jìn)一步處理adc_interrupt()中預(yù)處理的數(shù)據(jù)。因此可以在ADC每個(gè)中斷中調(diào)用adc_interrupt(adc_raw[2]),也可以緩存多個(gè)點(diǎn)然后再循環(huán)調(diào)用此函數(shù),函數(shù)入?yún)dc_raw為信號(hào)輸入,adc_raw[0]為電壓轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),adc_raw[1]為電流轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。adc_interrupt(),measurement_callback()實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示:
計(jì)量前端電路由電壓信號(hào)調(diào)理電路和電流信號(hào)調(diào)理電路組成。電壓信號(hào)調(diào)理電路使用電阻器對(duì)輸入工頻信號(hào)分壓,并經(jīng)過運(yùn)算放大器緩沖后送至MCU ADC輸入引腳。電流互感器輸出電流信號(hào)通過負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后送至MCU ADC輸入引腳。推薦電路如圖2所示:
上圖電壓輸入分析如下:
市電220V交流輸入,經(jīng)10k和15k并聯(lián)再串聯(lián)2M電阻分壓,輸入交流電壓為220V*(6/(2000+6))=0.66V,直流電壓3.3*10/25=1.32V??偟妮斎腚妷悍?.66*1.414+1.32=2.25V,輸入信號(hào)3.3V以內(nèi)。電流互感器輸入5A/2.5mA(根據(jù)互感器具體型號(hào)定),取樣電阻電壓2.5*10=25mV,經(jīng)運(yùn)放20倍放大(具體放大倍數(shù)調(diào)整R9,R10),輸入交流信號(hào)25*20=0.5V,總的輸入電流幅值(10A)1*1.414+1.6=3.014V,輸入信號(hào)3.3V以內(nèi)。當(dāng)使用錳銅電阻獲得電流信號(hào)時(shí),電流信號(hào)調(diào)理電路形式如下:
2.2函數(shù)說明
emeter-interface.h文件中聲明的主要函數(shù)和宏定義如下:
int32_t get_parameter(int address)
介紹:獲取各種計(jì)量參數(shù)從地址address。
入?yún)ⅲ?6位整型address地址
出參:返回該地址上的數(shù)據(jù)。
可中斷重入,可中斷中使用。
uint8_t set_parameter(int address, int32_t value)
介紹:設(shè)置各種校表參數(shù)和表參數(shù)到地址address。
入?yún)ⅲ?6位整型,address地址32位有符號(hào)整型value值
出參:返回1表示操作成功,返回0表示操作失敗。
不可中斷重入,不可中斷中使用。
void measurement_setup (void)
介紹:代碼庫初始化,在上電之初調(diào)用。
入?yún)ⅲ簾o
出參:無
void measurement_callback (void)
介紹:此函數(shù)周期性(1s)調(diào)用,以更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
入?yún)ⅲ簾o
出參:無
不可中斷重入,不可中斷中使用。
void adc_interrupt(int16_t * adc_raw)
Application Report
ZHCA501–Jan 2013
介紹:可以在ADC每個(gè)中斷中調(diào)用adc_interrupt(adc_raw[2]),也可以緩存多個(gè)點(diǎn)然后再循環(huán)調(diào)用此函數(shù),
函數(shù)入?yún)dc_raw為信號(hào)輸入,adc_raw[0]為電壓轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),adc_raw[1]為電流轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)
入?yún)ⅲ弘妷弘娏鬏斎階DC值數(shù)值,adc_raw [0]電壓,adc_raw [1]電流。
出參:無
2.3 地址及相應(yīng)功能介紹
考慮到代碼將來的改動(dòng)或擴(kuò)展,地址不具體定義。使用枚舉變量讓編譯器自動(dòng)生成。用戶可以include的這個(gè)變量定義,使用枚舉地址設(shè)置和獲取數(shù)據(jù)。
int32_t get_parameter(int address)函數(shù)地址枚舉變量定義如下:
獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
enum get_parameter_table
{
AFE_BASE_A = 0x0000,
AFE_GET_ACTIVE_POWER,
AFE_GET_REACTIVE_POWER,
AFE_GET_APPARENT_POWER,
AFE_GET_ACTIVE_ENERGY,
AFE_GET_REACTIVE_ENERGY,
評(píng)論