www.elektronik.si

[bpavsic]

Pozdravljeni!

Iščem cenovno ugodno varianto za koliko toliko natančno merjenje porabe na neki napravi. Pregledal sem AVR465: Single-Phase Power/Energy Meter, kjer je lepo napisan princip merjenja.

Tok se meri preko tokovnega transformatorja, napetost (ki je itak bolj ali manj fiksna) pa preko uporov / kondenzatorjev. Ker ima uporabljen AVR premalo natančen A/D, je uporabljen še avtomatski preklopnik območja merjenja toka.

Zanima me, če bi lahko uporabil audio A/D npr. WM8788GEDT/R, en kanal za merjenje toka, drugega za merjenje napetosti.
Glede na to, da je 24-bitni in da bi recimo uporabil 16-bitov (ostalo bi se povprečilo) in 8kHz vzorčenje, 1000:1 tokovni trafo. Pri trafotu bi uporabil 50 ohmski upor namesto 100 in bi dobil 20A = 1mV, pri 16-bitih, bi bil en bit potem 0.5mA, kar je po moje dovolj natančno... Isto je pri voltaži. Razpon je dovolj velik, da ne rabiš gain controla (odpade precejšnji del tokovnega dela iz Atmelovega app. notea, prav tako rabiš samo en taki del, ker ne rabiš "temper detection". Na koncu prideš na cenovno zelo ugodno - manj kot 10€ - merjenje porabe).

Se sploh splača razmišljat v tej smeri ali sem si že kje v štartu kaj narobe zamislil?

[lojzek]

[bpavsic]

@lojzek

To pomeni, da je Atmel objavil application note, ki ne deluje? Močno dvomim.

Jaz sem samo poenostavil zadevo (ker ima A/D pretvornik v mikrokontrolerju premalo ločljivost, bi uporabil takega z večjo in se s tem znebil vezja za "variable gain" - atmel stran 7, slika 4). Prav tako bi meril samo na fazi, ker ne rabim "temper detection".
Na strani 12, slika 12/13 so razložene formule (pa tudi v nadaljevanju je še en kup stvari...)

Ne razumem, zakaj to ne bi delovalo? V bistvu me je bolj zanimalo to, če lahko uporabim en tak 24-bitni audio A/D in se s tem rešim tistega gain controla, ker to poenostavi vezje na par kondenzatorjev in uporov + tokovni trafo (brez uporabe operacijskega ojačevalca).

[M.Pecar]

Najugodneje je kupiti merilnik porabe, ki je bil pri Lidlu po 12-15 EUR (kupil sem ga pa ne vem točne cene). Še vedno so tudi pod 20 EUR, poglej na ceneje.si, vtipkaj merilnik porabe.

[bpavsic]

@m.pecar

Ne gre se za to... Rad bi imel A/D + mikrokontroler + RF kartico in zajemal podatke centralno... Ti kupljeni so preveliki in mi ne pomagajo kaj dosti, ker ne bom hodil okol in popisoval števcev.

Dejansko si s kolegom delama en tak poceni domači "smarthouse" sistem in sma trenutno pri razvoju senzorskih vozlišč (temperaturno, PIR, stikalno, LED + IR) in kontrolnih (triac / ssr).
V določena kontrolna vozlišča bi rada vgradila tudi možnost merjenja porabe.

[Peter123]

http://www.st.com/internet/analog/product/81930.jsp

[bpavsic]

@Peter123

Zanimiva stvar. Žal pa čipa nimajo v nobeni izmed meni znanih tujih in slovenskih trgovin z elektroniko. V končni fazi bom vedno imel mikrokontroler in RF kartico, rabim samo analogni merilni del.
Če primerjam ta "Rogowski coil" + STjev čip z vsemi elementi, ki morajo bit zraven s tokovnim transformatorjem in audio A/Djem, mislim da cenovno ni neke prednosti. Mogoče je prednost v natančnosti? Bom še malo preštudiral, ampak če čipa ne dobim, itak nima smisla...

Sam sem mislil uporabit tale trafo AC1020
Je dokaj majhen (25x25x11 mm), kar pomeni, da ga lahko stlačim za vtičnico, direktno na dovodni kabel (tam, kjer so globoke doze). Zraven še dam megico 328 in RFM73 2.4 GHz kartico, optotriac + triac in že imam vtičnico, katere vklop bom lahko kontroliral na daljavo (odpadejo razne timer ure, ki jih imam polno hišo: grelec vodne postelje v nizki tarifi, raid samo zvečer in ponoči, bojler poleti, ko je izklopljena centralna - samo v nizki tarifi itd...), hkrati pa imam podatke o porabi...

No, merjenje porabe je samo dodatni "feature", ni obvezno potrebno... me pa vseeno zanima, kako bi to naredil.

[Peter123]

http://www.ti.com/lsds/ti/apps/smartgrid/emeter/overview.page
vse v enem.

[borber]

STPM01 čip dobiš, kot vzorec. Verjetno ti bodo dali več kosov tako da bo za razvoj merilca. Če bo uspelo, jih boš lahko direktno kupil pri ST.

[bpavsic]

@Peter123
Sem pogledal te MSP430FE42x datasheet-e in application note. V bistvu ni nič drugače kot Atmelov oz. "moja" ideja, s tem, da ima ta TI boljše A/Dje kot Atmel, jaz pa sem pač to ločil na externi A/D in Atmelov uKontroler. Še vedno rabiš praktično iste eksterne komponente.

Tega ne bi rad spreminjal, ker bo enih 10 različnih modulov, ki bodo temeljili na ATmega328 in ATtiny24A, za katere lahko uporabim isti program, če pa dodam še TIjev mikrokontroler, pa moram posebej razvijat firmware še za tistega, imeti dodaten programator za TI mikrokontrolerje itd...

Mi je pa zelo v pomoč, ker vidim kako je TI to naredil, kar lahko primerjam z Atmelom in uporabim v mojem primeru. Glede na to, da sem te audio A/Dje že naročil, me nič ne stane, če naredim eno testno ploščico in zadevo sprobam v praksi.

V analognem svetu sem pač čisti "noob". Učim se iz Application note-ov, sam od sebe ne spravim nič takega skupaj. Ko pa smo enkrat v svetu 0 in 1, tam pa sem doma in praktično ni stvari, ki je ne bi rešil... Tako da vse kar delam, poskušam v glavnem rešit softwaresko, kar pa res ne gre, pa skopiram iz raznih datasheetov in application noteov (s tem da vedno poskušam razumet, zakaj je nekaj narejeno tako kot je).

@borber
Ja, tudi to je varianta. Samo pri teh večjih je potem velikokrat problem minimalna količina. Če bi recimo to delalo, bom rabil tam do 50 komadov (ne bo za prodajo, je čisto privat zadeva). Na STju pa piše količina 1000... Ni šanse, da toliko naročim. Bom najprej poskusil tako, kot sem si zamislil.

Hvala vsem za hitre odgovore!

[psevdonim]

v Petrolovem katalogu (dobiš ga zastonj na vsaki Petrolovi pumpi) sem videl merilce porabe, od enostavnejših do takšnih s kleščnimi merilniki toka in brezžičnim prenosom podatkov na displej (pišem na pamet, mogoče ni 100% tako). Mogoče tam dobiš kakšno idejo o praktični izvedbi. Če pa gre za porabo cele hiše/stanovanja, pa šteješ obrate kolesa (ali impulze lučke) na hišnem števcu.

[MitjaN]

Vsekakor je vredno razmisleka kakšno ločljivost sploh potrebuješ. Če potrebuješ samo za potrebe prikazovanja moči potem bi moralo 8 bitov zadostovati (8 bitov -> 0.5% natančnost).

Pri 16 bitih, imaš sicer res večje območje, vendar če nisi pazljiv pri načrtovanju analognega dela ti lahko šum in motnje odnesejo vse kar si pridobil z večjo ločljivostjo. Sicer nisem preveril kako hitre 24 bitne AD pretvornike bi uporabljal, vendar po navadi niso med najbolj hitrimi. In če boš uporabljal samo enega z analognim multiplekserjem za zajem toka in napetosti, lahko v primeru velike zakasnitve med vzorčenjem toka in napetosti dobiš napačno informacijo o moči in posledično o energiji. Še posebej če boš meril tok (moč) kakšnega porabnika, ki ga krmiliš s triakom.

V kolikor pa potrebuješ merjenje energije, ti bo najbrž odprtozančna integracija delala velike probleme, predvsem zaradi preostalih napetosti. Tako je pametno v SW dodati kak dober DC filter. Poleg tega bi se spodobilo tudi kompenzirati temperaturna lezenja in tako naprej.

V glavnem pred vsako optimizacijo se je potrebno vprašati ali je potrebna.

Po vsem slišanem in povedanem, bi jaz raje ostal kar na vgrajenem AD pretvorniku, in po potrebi samo malce filtriral podatek o moči (če bi zaradi nizke ločljivosti preveč plesal). Bo vse skupaj bolj enostavno.

[bpavsic]

@MitjaN

V bistvu je merjenje samo informativno. Torej približno bi rad ugotovil, koliko elektrike se zapravi za določeno napravo. Ni problema vklopit merilnik v vtičnico in napravo potem v merilnik.

To sem npr. naredil z grelci v vodni postelji. Tam sta (bila) 2 keramična grelca po 200w (zdaj je en 250w karbonski, ker je en originalni izdihnil). Ker imata termostat in se vklapljata / izklapljata, sem ugotovil, da če sta vklopljena 8h na dan (v nižji tarifi - preko timer ure), sta bila v tem času aktivna cca. 2h. Na dan je bilo porabljenih cca. 800-900Wh. To se da normalno izmerit in dejansko nimaš kaj (drugače spiš na mrzlem).
Je pa bilo zanimivo, ko je en grelec crknil, je termostat še vedno delal (torej je gorela lučka, da greje), samo grel ni... In vsaki dan je bilo bolj mrzlo v postelji (na 1/2). Ko sem ugotovil, da je grelec hin, je temperatura jedra padla že na 20 stopinj, jaz pa se vsak dan zbudil totalno izčrpan in podhlajen... Če bi npr. imel ta merilnik vgrajen, hkrati pa bi atmel skrbel tudi kot timer ura, bi centralni računalnik (Raspberry Pi ali pa kak močan xmega, nisem se še odločil) dobil vsak dan informacije in bi takoj opazil, da je nekaj narobe in mi poslal mail (kar vidim na telefonu). Takrat pa bi že šel ročno gledat...

A/D, ki bi ga uporabil je audio A/D, stereo (2 kanala - en za napetost, en za tok), 16-20-24-bitni, 8-192KHz vzorčenja. Ima 2 ločena vhoda, ki nista multipleksirana. Uporabnik bo krmiljen s triakom, ja, ampak samo v stilu "on/off", ne bom "dimmal".
V atmela bom dobival podatke, ki jih bom nato tam obdeloval. Za software me niti ne skrbi, nekaj bom že načaral skupaj, najbolj me skrbi ta analogni del. Še vedno lahko uporabim samo zgornjih 8 bitov od 24 bitne vrednosti... Če imam zero-cross detekcijo, potem mora biti vhod iz A/Dja poravnana s sinusoido ali pa 0, če porabnik ne dela (razmišljam pravilno?) in lahko delam aproksimacijo vhodnega signala z neko lookup tabelo sinusa... Ne vem, to bom razmišljal, ko bom imel vezje narejeno. Zaenkrat bom naredil neko mešanico med mojimi idejami ter atmelovim in ti-jevim app. noteom. Podatke, ki jih bom zajel, lahko spravim na PC in tam vidim, kaj se dogaja, ter jih ustrezno programsko obdelam, če bo pa potreba, pa še spremenim hardware.

Te A/Dje pa sem kupil enostavno zato, ker so poceni (1€), imajo 2 kanala (stereo => tok + napetost) in so 24-bitni.

[lojzek]

@bpavsic: APP note nikakor ni zgrešen, ampak s temi tvojimi poenostavitvami v prvem postu (ki so- brez zamere- najverjetneje mišljenje elektronika, ne energetika), boš zelo hitro v rangu

[bpavsic]

@lojzek

Kot sem že napisal, o vsem kar je analogno, nimam pojma. Prebral in preštudiral sem Atmelov application note. Zadevo si razlagam takole (popravi me, če se motim):
- na strani 6, slika 3 (4 upori in kondenzator) je narejen napetostni del. Zraven so formule, s katerimi izračunamo max vrednost na izhodu (pri 230V + 15%). Tukaj dobimo vrednost 1V.
- na strani 7, slika 4 je tokovni del. Če prav razumem, so R11, R12 in R13 tam zaradi avtomatskega preklopa ojačitve (in s tem povezan R2). To pomeni, da jih zamenjam z 1 uporom in odstranim 74HC4066. S tem se ta del poenostavi na 5 uporov, 2 kondenzatorja in operacijski ojacevalec. Tu so tudi uporabili tokovni trafo 2500:1, jaz pa bi 1000:1. To pomeni da če uporabim 100 ohmski upor namesto RS, dobim pri 20A -> 2V (verjetno izmenične torej +-?). Operacijski mi mora to še zmanjšat na 1/4, tisti R3-R4 (drugi vhod operacijskega ojačevalnika) pa očitno dvigneta napetost tako, da je vse nad ničlo, operacijski pa zmanjša amplitudo, tako da je na koncu vse skupaj med 0 in 1V (torej kot vhod na A/Dju).

Sem preveč poenostavil? V končni fazi rabim A/D malo več kot 10 biti (da ne rabim gain controla), par uporov in kondezatorjev ter operacijski ojačevalnik. Če sem ga kje mimo pihnil, kar na plan z besedo.