ساخت دستگاه آنالايزر (VCA005)

مقدمه

امــروزه بهران مصرف برق شايد مسئله اي مشكل سـاز براي آينده كشورمـان باشد ، با كاهش و صـرفه جويي در مصـرف برق شايد بتوان نيمي از اين مشكل را حل نمود ، اما با كمي تدبير مي توان كمك بزرگي به آينده و اقتصاد نمود .

ساخت دستگاه آنالايزر (VCA005) تنها گامي در بهينه سازي مصرف انرژي مي باشد ، اين دستگاه با آناليز كامل از مصـرف انرژي نموداري بصورت ماكزيمم و مينيمم مصرف در اختيار كاربر قرار مي دهـد ، بنابراين كارير قادر خواهد بود ايرادات مصرف برق را شناسايي نموده و سعي در رفع اشكالات نمايد . بنابراين از اين طريق خواهيم توانست كمك شاياني در بهتر مصرف نمودن انرژي انجام دهيم .

با نصب اين دستگاه در كارنجات و رفع ايرادات احتمالي كه بوسيله آناليز برق شناسايي خواهد شد ميتوان گامي بزرگ در بهينه سازي مصرف برق و اقتصاد كشور برداشت .
اميدوارم با راهنمايي و كمك اساتيد محترم و ساخت دستگاه فوق الذكر توانسته باشم كمكي هر چند كوچك به اقتصاد كشورم كرده باشم .

بلوك و دياگرام دستگاه :

 

 

CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5

ورودي ورودي ورودي ورودي ورودي ورودي
ولتاژ ۳ ولتاژ ۲ ولتاژ ۱ جريان۳ جريان ۲ جريان ۱

توضح عمليات قطعات كشيده شده در بلوك :

الف ) ۸۹C51(1) :
1- فرمانهاي لازم را به ADC808 مي دهد تا مقدار آنالوگ به ديجيتال براي هر شش كانال تبديل شود ( سه كانال جريان و سه كانال ولتاژ )
۲- مقدار ديجيتال گرفته شده از ADC را گرفته و عمليات لازم را روي آن انجام مي دهد و مقدار مطلوب را روي صفحه LCD نمايش مي دهد و همچنين اين مقادير را از طريق پورت سريال به آي سي ۸۹C51(2) مي فرستد .
۳- كي بورد ماتريسي را چك مي كند تا چنانچه كليد فشار داده شد عمليات لازم را انجام دهد .
۴- محاسبه كردن ساعت سيستم و نمايش ساعت روي صفحه LCD .
5- محاسبه تاريخ شمسي و نمايش برروي صفحه LCD .
ب) ۸۹C51(2) :
1- اطلاعات رسيده از خط سريال از آي سي ۸۹C51(1) را در حافظه RAM ذخيره مي كند و همچنين اين اطلاعات را از طريق سريال به كامپيوتر مي فرستد تا اين مقادير در نرم افزار نمايش داده شود .
۲- بعد از رسيدن هر باكس اطلاعات يك LED را روشن يا خاموش مي كند تا ذخيره اطلاعات در دستگاه نمايش داده شود .
ج) HIN232

يك واسط است براي تبادل سريال بين ميكرو و كامپيوتر .
اين آي سي ولتاژ پنج و صفر ميكرو را با استفاده از خازنهاي مدار تبديل به ولتاژهاي پانزده و منفي پانزده مي كند .
اين آي سي براي تبادل سريال از استاندارد RS232 استفاده مي كند .
پايه هاي RS232
چون در كامپوترهاي IBM براي ارتباط سريال از سوكت نه پين است

فاده مي شود لذا پايه هاي آن را توضيح مي دهيم :
پايه ها :
۱- تشخيص حامل داده DCD
2- داده رسيده RXD
3- داده ارسال شده TXD
4- پايانه داده آماده DTR

۵- سيگنال زمين
۶- مجموعه داده آماده
۷- تقاضاي ارسال
۸- آمادگي براي ارسال
۹- تشخيص دهنده
ما براي ارتباط سريال با ميكرو فقط از پايه هاي دو و سه و پنج استفاده مي كنيم .
پورتهاي COM در IBM PC و سازگار به

آنها :
كامپوترهاي IBM PC و سازگارهاي مبتني بر (۸۰۸۶ ، ۲۸۶ ، ۳۸۶ ، ۴۸۶ و پنتيوم ) معمولاً دو پورت COM دارند . هـر دو پورت كانكتورهاي نوع RS – ۲۳۲ را دارا مي باشند .
بسياري از PC ها يك DB – ۲۵ و يك DB – ۹ را بكار مي برند .
پورت هاي COM با COM 1 و COM 2 نامگذاري شده اند . در سالهاي اخير COM 1 براي ماوس و COM 2 برا ي وسايلي چون مودم بكار رفته اند . براي انجام آزمايشات تبادل اطلاعات ، پورت سريال ۸۰۵۱ را به COM 2 در PC بكار مي برند .
د) ۱ , ۲ , ۳ , ۴ , ۵ , ۶ :
يك مدار يكسو كننده و تقويت كننده آپ امپي است كه ولتاژ ورودي AC را هم يكسو مي كند و هم در يك گين ضرب مي كند .
R

V OUT +

ه) تراشه ADC 808 با ۸ كانال آنالوگ :

تراشه مفيد ديگر ADC 808 از National Semaconductor است .
اين تراشه داراي ۸ ورودي است كه اجازه مي دهد تا ۸ مبدل مختلف را با يك تراشه رديابي كنيم . اين تراشه داراي خروجي داده هشت بيتي است . هشت ورودي آنالوگ مولتي پلكس است ، براي اين كار سه پايه آدرس C , B , A به كار مي رود در اين تراشه VREF(+) و VREF(-) ، ولتاژ مرجع را تنظيم مي كند . اگر VREF (-) = GND و VREF(+) = 5 باشد ، ساير پله ها برابر است با

۵/۲۵۶=۱۹٫۴۳mv بنابراين براي داشتن پله ۱۰ ميلي ولت به ولتاژ ريفرنس ۵۶/۲ نياز داريم . ما از كانالهاي A , B , C براي انتخاب كانالهاي صفر تا هفت ورودي آنالوگ و از ALE براي لچ كردن آدرس استفاده مي كنيم . SC براي شروع تبديل است . EOC براي پايان تبديل مي باشد ، OE فعال ساز خروجي است .

D 0 II N0

 

D 7 7 I N

و) طرز كار LCD :

توصيف پايه هاي LCD
LCD مورد بحث ما چهارده پايه است .
۱- VSS – زمين
۲- VCC – منبع تغذيه
۳-VEE – منبع تغذيه كنترل درخشندگي
۴- RS – انتخاب RS=0 براي انتخاب دستور العمل ، RS=1 براي انتخاب ثبات داده .
۵- R/W گذرگاه داده ۸ بيت .
۶- E – انتخاب
۷- DB0 گذرگاه داده ۸ بيت .
۸- DB1گذرگاه داده ۸ بيت .
۹- DB2 گذرگاه داده ۸ بيت .
۱۰- DB3 گذرگاه داده ۸ بيت .
۱۱- DB4 گذرگاه داده ۸ بيت .
۱۲- DB5 گذرگاه داده ۸ بيت .
۱۳- DB6 گذرگاه داده ۸ بيت .
۱۴-DB7 گذرگاه داده ۸ بيت .
RS ، انخابگر ثبات :
در داخل LCD دو ثبات وجود دارد و اين پايه براي انتخاب آنها به اين ترتيب بكار مي رود كه اگر صفر باشد ثبات فرمان انتخاب مي شود و اجازه مي دهد فرمانهايي همچون پاك كردن ، نشاندن مكان نما و غيره صادر شود و اگر يك باشد ثبات داده انتخاب مي شود و به كاربر اجازه ارسال داده روي LCD براي نمايش مي دهد .
R/W خواندن / نوشتن :
اين پايه به كاربر اجازه نوشتن اظلاعات و يا خواندن از LCD را فراهم مي سازد اگر يك باشد برا ي خواندن و اگر صفر باشد براي نوشتن است .
E ، فعال :

از اين پايه براي لچ كردن اطلاعات ارائه شده به پايه هاي داده اش استفاده مي كند . وقتي داده به پايه هاي داده اعمال شد يك پالس بالا – پايين به اين پايه اعمال ميگردد تا به اين وسيله LCD داده موجود در پايه هاي داده را لچ كند . اين پالس بابد حداقل ۴۵۰ ns عرض داشته باشد .
D0 – D7 :
هشت بيت خط داده براي ارسال اطلاعات به LCD يا خواندن محتواي ثباتهاي داخلي LCD بكار مي رود . براي نمايش حروف و اعداد پورتهاي اسكي براي حروف A – Z و a – z و اعداد صفر تا نه به پايه ها ارسال مي شود و همزمان RS = 1 ميگردد همچنين كدهاي دستورالعمل فرماني وجود دارند كه براي پاك كردن نمايشگر يا باز گرداندن مكان نما به نقطه شروع يا چشمك زدن آن بكار ميرود كه به شرح ذيل مي باشد :

۱- پاك كردن صفحه نمايش ………………………………………………..۱
۲- باز گشت به مكان اول …………………………………………………..۲
۳- كاهش مكان نما ………………………………………………………..۴
۴- افزايش مكان نما ………………………………………………………..۶
۵- جابجايي نمايش به راست ……………………………………………….۵
۶- جابجايي نمايش به چپ …………………………………………………۷
۷- نمايش خاموش مكان نما خاموش …………………………………………۸
۸- نمايش خاموش مكان نما روشن ………………………………………….A
9- نمايش روشن مكان نما روشن …………………………………………… C
10- نمايش روشن مكان نما روشن ……………………………………….….E
11- نمايش روشن مكان نما چشمك بزند……………………………………. F
12- جابجايي محل مكان نما به چپ………………………………………. ۱۰

۱۳- جابجايي محل مكان نما به راست……………………………………… ۱۴
۱۴- كل صفحه نمايش به چپ جابجا شود…………………………………… ۱۸
۱۵- كل صفحه نمايش به راست جابجا شود………………………………… ۱C
16- مكان نما به آغاز خط دوم برود……………………………………….. C0
17 – سازماندهي دو خط و ماتريس ۵*۷ …………………………………… ۳۸

 

شرح كار دستگاه :

اين دستگاه از دو قسمت نرم افزار تحت كامپيوتر با ويژال C++ و يك سخت افزار كه يك بورد و ودارات الكترونيكي تشكيل شده است .

مشخصات دستگاه آنالايزر VCA005 :

۱- داراي يك صفحه LCD براي نمايش ولتاژ و جريان سه فاز لحظه اي كارخانه و نمايش ساعت و تاريخ شمسي مي باشد .
۲- داراي كي بورد ۴*۳ ماتريسي براي بعضي از تنظيمات در دستگاه .
۳- نگهداري مقدار ماكزيمم جريان سه فاز و ساعت آن در داخل حافظه دستگاه براي آناليز اپراتور .
۴- نمونه گيري از جريان سه فاز و نگهداري در حافظه دستگاه هر هشت ثانيه .
۵- اين دستگاه سازگاري با هر تابلوي برق دارد و فقط با تعويض ترانس داخال منوي دستگاه بر اساس C/T (ترانس جريان ) مي توان اين دستگاه را بر روي تابلوهاي مختلف نصب كرد و آناليز لازم را بر روي آن تابلو انجام داد .
۶- اين دستگاه نيازي به اپراتور براي تخليه اطلاعات ندارد و خود سيستم بصورت اتوماتيك روشن خواهد شد و اطلاعات تخليه مي شود و كامپيوتر دوباره خاموش خواهد شد .
۷- داخل نرم افزار كامپيوتري اين امكان وجود دارد كه اين دستگاه هر جاي كارخانه نصب شده باشد از طريق سريال به كامپيوتر متصل مي شود و داخل نرم افزار كامپيوتري اين امكان وجود دارد كه مي توان جريان سه فاز و ولتاژ سه فاز را بصورت On Line نمايش مي دهد .
۸- در داخل نرم افزار اين امكان وجور دارد كه مي توان سطح پر شدن حافظه دستگاه را مشاهده كرد .
مزاياي دستگاه آنالايزر VCA005 :

۱- بعد از تخليه اطلاعات هر ۲۴ ساعت مي توان نمودار مصرف برق را در نرم افزار Exel رسم نمود و آناليز لازم را براي برق مصرفي كارخانه مورد نظر انجام داد .
۲- از روي نمودار حتي مي توان از سالم يا خراب بودن دستگاههايي كه آمپر آنها مشخص است مطلع شد .
۳- از روي نمودار ميتوان اگر قطعي برق باشد ساعت قطع و وصل شدن برق را بدست آورد .
۴- در داخل نرم افزار كامپيوتري اين امكان وجود دارد كه مي توان با دادن تاريخ مورد نظر پول برق مصرفي و كيلو وات مصرفي در آن تاريخ رابراساس دادن تعرفه مصرف برق آن كارخانه به نرم افزار بدست آورد .

سخت افزار دستگاه آنالايزر VCA005 :

 

در داخل نرم افزار ۲ عدد ميكرو پروسور۸۰۹C51 وجود دارد كه هر يك به تنهايي كار خاصي را انجام مي دهند .
ورودي جريان دستگاه از C/T تابلو مي باشد كه در سر راه C/T يك مقاومت ۱/۰ اهم ، ۵ وات مجود دارد كه جريان عبوري از C/T را تبديل ولتاژ ميكند .
C/T :
براي اندازه گيري جريان عبوري از تابلوي برق از اين دستگاه استفاده مي شود كه اين دستگ

اه در دور شين ورودي كارخانه قرار مي گيرد و بر اساس جريان ورودي از شين يك جريان متناسب با آن در C/T برقرار مي شود .و رابطه آن امكان دارد به صورت زير باشد كه بر اساس جريان كارخانه انتخاب مي شود .
۱۰۰۰/۵ , ۱۵۰۰/۵ , ۲۰۰۰/۵ و … بطور مثال اگر ۲۰۰۰ آمپر كارخانه جريان مصرف كند در داخل C/T 5 آمپر توليد مي شود ، حال ما خروجي C/T را به يك مقاومت ۱/۰ اهم و ۵ ولت داده ايم كه اين جريان را تبديل به ولتاژي كند ، يعني اگر ۵ آمپر در C/T توليد شود ولتاژ ايجاد شده دو سر مقاومت ۵/۰ ولت است :
V = R . I = 0.1 * 5 = 0.5 شين ورودي
۲۰۰۰A

+ ۰٫۱ C / T
– 5w

توجه : جريان توليد شده در C/T يك جريان AC است .
ولتاژ دو سر مقاومت به يك مدار يكسو ساز و تقويت كننده وارد مي شود و بعد از يكسو سازي و تقويت با يك ولتاژ تقويت شده و DC خواهيم داشت كه مدار يكسو ساز بصورت زير مي باشد :
R

۱۰ K 0.1 اهم
vout + Vin
OP07
100ميكروفاراد –

۱۰ K

مقاومت متغير R در دست ماست تا بتوانيم گين مدار تقويت كننده را تغيير دهيم ، با اين مقاومت د رمدار مي توان مدار را كاليبره نمود تا بتواند جريان صحيح را روي LCD نمايش دهد .
دو عدد ديود ورودي باعث مي شود كه اگر ولتاژ ورودي بيشتر از ۶/۰ ولت شود اتصال كوتاه خواهد شد و باعث مي شود تا خروجي از يك اندازه اي بيشتر نشود و به مدارات بعدي صدمه وارد نشود . اين مدار ولتاژ ورودي را يكسو مي كند و هم در يك گين ضرب مي كند از اين مدار به همين صورت دو نمونه ديگر وجود دارد كه دو جريان ديگر نيز اندازه گيري خواهد شد .
خروجي اين مدارات به ورودي هر كانال ADC808 متصل مي شود .
اين (ADC808) IC داراي هشت كانال ورودي است كه سه تا ورودي جريان و سه تا ورودي ولتاژ است . جريان اين IC هشت بيت اطلاعات ديجيتال است كه بصورت يك ميكروپروسور ۸۹C51 متصل است كه ميكرو اطلاعات جريان و ولتاژ را بصورت ديجيتال از اين پورت دريافت مي كند .

مدارات قسمت نمونه گيري ولتاژ :

 

 

ابتدا ولتاژ ورودي (۲۲۰ ولت ) با يك تقسيم ولتاژ تبديل به ولتاژ زير ۵/۰ ولت مي شود كه بصورت زير مي باشد :

ورودي ولتاژ

۲۲۰ كيلو اهم w2

۴۷۰ اهم

طبق مدار بالا دو مدار مشابه وجود دارد كه دو ولتاژ دو فاز ديگر را اندازه گيري و بر روي LCD دستگاه نمايش مي دهد .
طرز كار ADC 808 :

در ابتدا آدرس ADC روي كانال صفر تنظيم ميشود ، طبق اتصالات دستگاه جريان ۱ به كانال صفر ، جريان ۲ به كانال يك ، جريان ۳ به كانال دو ، ولتاژ ۱ به كانال سه ، ولتاژ ۲ به كانال چهار و ولتاژ ۳ به كانال پنج متصل است .
وقتيكه آدرس ADC روي كانال صفر تنظيم شد مقدار ديجيتال كه به پورت يك ميكرو مي رسد مقدار ديجيتال جريان است كه اين عدد را هم رو ي LCD نمايش مي دهد و هم اين عدد را از طريق سريال به ميكرو ديگر دستگاه مي فرستد و آن ميكرو اين عدد را داخل RAM ذخيره مي كند و هم اين عدد را از طريق سريال به كامپيوتر مي فرستد و در داخل نرم افزار اين جريان نمايش داده مي شود .
تمام اعداد اندازه گيري شده در داخل دستگاه يك عدد هشت بيتي است ، براي ترانس هاي بشتر از ۲۵۰ اين عدد خوانده شده از تابلو را در ضريب ترانس ضرب مي شود . ضريب ترانس : ۲۰۰۰/۲۵۰ = ۸
مثلاً براي ترانس ۲۰۰۰/۵ هر عدد خوانده شده از ADC ضرب در ۸ مي شود و روي LCDنمايش مي دهد .

بطور مثال براي ترانس ۸۰۰/۵ ضريب ترانس برابر ۳٫۲ است كه هر عدد خوانده شده ضربدر ۳٫۲ مي شود و روي LCDنمايش ميدهد.
بعداز اينكه آدرس ADC روي كانال صفرتنظيم شدواطلاعات جريان فاز يك خوانده شد و روي LCD نمايش داده شد آدرس ADC روي كانال يك تنظيم مي شود