Описание электрической принципиальной схемы

На основе типовых схем включения вышеперечисленных элементов и технических требований, предъявляемых к электросчетчику, была разработана электрическая принципиальная схема устройства. Электрическая схема условно разбита на функциональные модули: узел измерения мощности (К1446ПМ1), узел индикации (LCD Winstar WH1602A), узел коммуникации (MAX 232 и слот чтения MMC карт), узел коммутации цепи, узел питания. Электрическая принципиальная схема представлена на чертеже 050702 ДП 05.02.Э3.

Узел измерения мощности состоит из микросхемы КР1446ПМ1 (поз. DA1) и компонентов обеспечивающих ее работу. Так как КР1446 имеет в своем составе не только аналоговую часть, но и цифровую, необходима подача на нее тактового сигнала. В данном случае внешняя часть тактового генератора представляет собой кварцевый резонатор на 4 МГц и 2 керамических конденсатора емкостью по 26 пФ.

Чтобы получить мгновенное значение мощности необходимо подать на микросхему сигналы пропорциональные напряжению и току в электросети. Напряжение пропорциональное сетевому подается на ИС со средних точек делителей, выполненных на резисторах R₁,R₂ и R₃,R₄. Данные резисторы выполняют роль датчиков напряжения. Для измерения мгновенного значения тока в сети используется трансформатор тока (Т₁), первичная обмотка, которого включена последовательно с нагрузкой, а на вторичной обмотке создается напряжение пропорциональное току в цепи, данное напряжение подается на входы ICP и ICM КР1446ПМ1. Сигналы тока и напряжения поступают на дельта-сигма АЦП микросхемы, а затем перемножаются. Для функционирования АЦП необходимо опорное напряжение, которое формируется на выводе RVSO. От данного напряжения зависит коэффициент пересчета и для его изменения используется переменный резистор RP₁.

Чтобы обеспечить определённые пределы действующих значений напряжений дифференциального сигнала на входах ICP и ICM, необходимо рассчитать номиналы резисторов R₈,R₉ по формуле:

R = 0,0059×K (1)

где K — коэффициент трансформации трансформатора.

Так как коэффициент используемого трансформатора – 2542, то найдем значения резисторов по формуле:

R=0,0059×2542=14,99 (2)

Исходя из найденного значения выбираем из стандартного ряда резисторы по 15 Ом.

ИМС К1446ПМ1 перемножает мгновенные значения тока и напряжения и формирует на выходе LFPO импульсы с частотой пропорциональной мгновенной мощности. Данные импульсы поступают на счетный вход таймера-счетчика (PB1) микроконтроллера, который выполняя определенные алгоритмы рассчитывает потребляемую мощность. Вывод LFPO напрямую подключен к входу микроконтроллера, так как уровни сигналов у 2 микросхем совпадают и нет необходимости использовать согласующие устройства. Тактирование микроконтроллера осуществляется от тактового генератора, внешними элементами, которого являются: кварцевый резонатор (поз. BQ2) 16МГц и 2 керамических конденсатора по 20 пФ (поз.C7,позю.C8). Для поддержания включенного состояния микроконтроллера на выводе RESET должен быть высокий уровень, а для ограничения потребляемого тока последовательно включен резистор R₇.

ЖК индикатор (поз. HG1) подключен к порту «С» микроконтроллера. Каждый байт информации передается на дисплей за 2 такта, так как последний подключен по 4-х проводной схеме. Линии данных подключены к выводам контроллера (поз. DD1) PC0-PC3, линия разрешения обмена - к выводу PC4 и линия выбора регистров - к выводу PC6. Так как яркость свечения жк индикатора зависит от напряжения питания и может меняться, есть необходимость ее регулировать и для этого используется переменный резистор RP2.

Выводы порта B используются для подключения MMC карты к контроллеру, но подключить выводы мк напрямую к выводам карты памяти не возможно, так как напряжения логической 1 для последней составляет 3,3 В. В связи с этим для понижения напряжения используются делители, выполненные на резисторах R₁₃-R₁₆, R₁₄-R₁₇, R₁₅-R1₈. Для питания карты памяти необходимо напряжение 3.3 В и ток до 100 млА. Напряжение питания схемы составляет 5 В, из чего следует, что для питания карты памяти понадобиться стабилизатор напряжения. Последний выполненного на стабилитроне VD2, транзисторе VT2 и резисторе R₂₀. Транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя и применен, чтобы обеспечить необходимый ток нагрузки и исключить протекание большого тока через стабилитрон.

Выводы МК, предназначенные для обмена данными с ПК (RxD, TxD), подключены к выводам микросхемы MAX 232CPE, которая преобразует КМОП уровни в уровни RS232.

Узел коммутации выполнен на реле (поз. К1), с напряжением питания 5 в. Подключение катушки к выводу микроконтроллера осуществляется не напрямую, а через транзисторный ключ, так как катушка потребляет значительный ток, который может вывести микроконтроллер из строя. Транзисторный ключ выполнен выполненный на КТ342В (поз. VT1) и резисторе R19. Во время включения и отключения реле ее катушка, благодаря своей индуктивности создает ЭДС самоиндукции, которая может вывести транзистор из строя. Для защиты последнего параллельно катушке включен диод (поз. VD1), таким образом, что возникающая во время коммутации ЭДС создаст ток через диод, а напряжение на диоде не превысит 0,7 вольт.

Питание устройства осуществляется от встроенного трансформаторного блока питания, выполненного на трансформаторе Т2, диодном мосте VD3, сглаживающем фильтре С1 и линейном стабилизаторе напряжения LM7805(поз. DA2). Питание устройства, так же может осуществляться от внешнего источника напряжения номиналом 5 вольт.