ZHCACO0A august   2014  – may 2023 MSP430I2040 , MSP430I2041

 

  1.   1
  2.   使用 MSP430I2040 的单相和直流嵌入式计量(功率监视器)
  3.   商标
  4. 引言
    1. 1.1 安全性和预防措施
    2. 1.2 特性
  5. 设计详情
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 硬件设计
      1. 2.2.1 接口电路
      2. 2.2.2 11
      3. 2.2.3 分流电阻器
      4. 2.2.4 分压器电路
      5. 2.2.5 布局注意事项
      6. 2.2.6 分流传感器焊盘设计
    3. 2.3 软件设计
      1. 2.3.1 工具套件包
      2. 2.3.2 计量计算引擎
      3. 2.3.3 后台进程
      4. 2.3.4 相位校正
      5. 2.3.5 频率测量和周期跟踪
      6. 2.3.6 周期跟踪和前台进程触发
      7. 2.3.7 前台进程
  6. 校准技术
    1. 3.1 引言
    2. 3.2 校准技术
      1. 3.2.1 校准设置
        1. 3.2.1.1 仪器
        2. 3.2.1.2 设置
    3. 3.3 校准过程
      1. 3.3.1 交流和直流参数校准
      2. 3.3.2 补偿电阻和电容校准
      3. 3.3.3 电流交流偏移校准
      4. 3.3.4 电压交流偏移校准
      5. 3.3.5 相位校正校准
      6. 3.3.6 直流参数校准
  7. 硬件设置
    1. 4.1 EVM 的顶视图
    2. 4.2 EVM 的底视图
    3. 4.3 硬件设置过程
      1. 4.3.1 设置 EVM 的电源
      2. 4.3.2 设置串行通信接口
      3. 4.3.3 设置线路输入和负载输出
      4. 4.3.4 设置调试接口
  8. 校准器软件
    1. 5.1 软件包内容
    2. 5.2 设置 PC 软件工具
      1. 5.2.1 最低系统要求
      2. 5.2.2 安装软件
      3. 5.2.3 配置软件
    3. 5.3 仪器
  9. 操作 PC 软件工具
    1. 6.1 引言
    2. 6.2 开始使用 EVM
    3. 6.3 已知问题
  10. 串行通信命令
    1. 7.1 引言
    2. 7.2 通信协议
      1. 7.2.1 轮询模式
        1. 7.2.1.1 命令和响应帧
    3. 7.3 命令
      1. 7.3.1  HOST_CMD_GET_METER_NAME
        1. 7.3.1.1 命令格式
      2. 7.3.2  HOST_CMD_GET_METER_VER
        1. 7.3.2.1 命令格式
      3. 7.3.3  HOST_CMD_GET_METER_CONFIGURATION
        1. 7.3.3.1 命令格式
        2. 7.3.3.2 参数定义
      4. 7.3.4  HOST_CMD_GET_RTC
        1. 7.3.4.1 命令格式
      5. 7.3.5  HOST_CMD_ALIGN_WITH_CALIBRATION_FACTORS
        1. 7.3.5.1 命令格式
      6. 7.3.6  HOST_CMD_SET_PASSWORD
        1. 7.3.6.1 命令格式
      7. 7.3.7  HOST_CMD_GET_READINGS_PHASE_N
        1. 7.3.7.1 命令格式
      8. 7.3.8  HOST_CMD_GET_EXTRA_READINGS_PHASE_N
        1. 7.3.8.1 命令格式
      9. 7.3.9  HOST_CMD_SUMCHECK_MEMORY
        1. 7.3.9.1 命令格式
      10. 7.3.10 HOST_CMD_CLEAR_CALIBRATION_DATA
        1. 7.3.10.1 命令格式
      11. 7.3.11 HOST_CMD_SET_CALIBRATION_PHASE_N
        1. 7.3.11.1 命令格式
      12. 7.3.12 HOST_CMD_GET_CALIBRATION_PHASE_N
        1. 7.3.12.1 命令格式
      13. 7.3.13 HOST_CMD_SET_CALIBRATION_EXTRAS
        1. 7.3.13.1 命令格式
      14. 7.3.14 HOST_CMD_GET_CALIBRATION_EXTRAS
        1. 7.3.14.1 命令格式
  11. 固件和嵌入式计量库 API
    1. 8.1 引言
    2. 8.2 嵌入式计量库 API
      1. 8.2.1 嵌入式计量库函数调用
        1. 8.2.1.1 用于计量引擎控制的函数
          1. 8.2.1.1.1 用于计量引擎控制的函数
          2.        int metrology_init (void)
          3.        int metrology_init_from_nv_data (void)
          4.        void align_metrology_with_calibration_data (void)
          5.        void metrology_switch_to_normal_mode (void)
          6.        void metrology_init_analog_front_end_normal_mode (void)
          7.        void metrology_disable_analog_front_end (void)
        2. 8.2.1.2 计量引擎初始化过程
        3. 8.2.1.3 用于计算和读取读数的函数
          1. 8.2.1.3.1 用于计算和读取读数的函数
          2.        power_t calculate_phase_readings (void)
          3.        power_t active_power (int ph)
          4.        power_t reactive_power (int ph)
          5.        power_t apparent_power (int ph)
          6.        power_t fundamental_active_power(int ph)
          7.        power_t fundamental_reactive_power(int ph)
          8.        power_factor_t power_factor (int ph)
          9.        rms_voltage_t rms_voltage (int ph)
          10.        rms_voltage_t fundamental_rms_voltage(int ph)
          11.        thd_t voltage_thd(int ph)
          12.        rms_current_t rms_current (int ph)
          13.        rms_current_t fundamental_rms_current(int ph)
          14.        thd_t current_thd(int ph)
          15.        int16_t mains_frequency (int ph)
          16.        uint16_t phase_status (int ph)
      2. 8.2.2 嵌入式计量库回调
      3. 8.2.3 应用程序级校准函数
        1. 8.2.3.1 用于读取和写入校准参数的函数
          1. 8.2.3.1.1 用于读取和写入校准参数的函数
          2.        int get_calibration_status (void)
          3.        void set_calibration_status (int value)
          4.        int clear_calibration_data (void)
          5.        int16_t get_temperature_intercept (void)
          6.        int16_t get_temperature_slope (void)
          7.        void set_temperature_parameters (int16_t temperature_at_calibration, int16_t temperature_sensor_intercept, int16_t temperature_sensor_slope)
          8.        calibration_scaling_factor_t get_P_scaling (int phx)
          9.        void set_P_scaling (int phx, calibration_scaling_factor_t value)
          10.        calibration_scaling_factor_t get_V_rms_scaling (int phx)
          11.        void set_V_rms_scaling (int phx, calibration_scaling_factor_t value)
          12.        int16_t get_v_dc_estimate (int phx)
          13.        int16_t get_initial_v_dc_estimate (int phx)
          14.        void set_v_dc_estimate (int phx, int16_t value)
          15.        int32_t get_v_ac_offset (int phx)
          16.        void set_v_ac_offset (int phx, int32_t value)
          17.        calibration_scaling_factor_t get_I_rms_scaling(int phx);
          18.        void set_I_rms_scaling(int phx, calibration_scaling_factor_t value);
          19.        int32_t get_i_dc_estimate(int phx);
          20.        int32_t get_initial_i_dc_estimate(int phx)
          21.        void set_i_dc_estimate(int phx, int32_t value);
          22.        int32_t get_i_ac_estimate(int phx);
          23.        void set_i_ac_offset (int phx, int32_t value)
          24.        uint16_t get_compensate_capacitor_value (int phx)
          25.        void set_compensate_capacitor_value (int phx, uint16_t value)
          26.        uint16_t get_compensate_resistance (int phx)
          27.        void set_compensate_resistance (int phx, uint16_t value)
          28.        int16_t get_phase_corr (int phx)
          29.        void set_phase_corr (int phx, int16_t value)
      4. 8.2.4 设置默认校准参数
  12. 示例应用程序代码
    1. 9.1 引言
    2. 9.2 准备要运行的应用程序代码
    3. 9.3 在没有 IAR 许可证的情况下下载
  13. 10硬件设计文件
    1. 10.1 封装
    2. 10.2 原理图
  14. 11EVM 规格和性能
    1. 11.1 EVM 规格
  15. 12在 MSP430i2040 和 MSP430i2041 上运行
    1. 12.1 164
  16. 13修订历史记录

EVM 规格

  • 电压工作范围(使用提供的电源):85 – 265VAC、120 – 380VDC
  • 采样率:8000 Hz
  • 采样位深度:24 位
  • 支持轮询报告
  • 更新速率:4 个交流周期(交流模式)、80ms(直流模式)
  • UART 通信数据速率:9600bps
  • 交流/直流测量模式开关:4 个交流周期(交流转直流)、80ms(直流转交流)
  • 测量范围:RMS 电压、RMS 电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、线路频率、温度
  • 测量电压范围:0V – 265Vrms 交流、0 – ±380VDC(使用参考设计电路和元件值)
  • 测量电流范围:0 – 15Arms 交流、0 – ±22.5ADC(使用参考设计电路和 0.5mΩ 分流器阻值)
  • 电压分辨率:1mV
  • 电流分辨率:1µA
  • 有功功率分辨率:1mW
  • 无功功率和视在功率分辨率:1mW
  • 功率因数分辨率:0.001
  • EVM 性能
  • 室温下的功率精度
PF = 1在 7.50212A、1650.7W 下校准
电流基准电流读数电流误差电流 %功率基准功率读数功率误差功率 %
0.0145550.0147600.0002051.408%3.2023.2130.0110.355%
0.0296370.0297370.0001000.339%6.5176.515-0.002-0.029%
0.0748360.0749500.0001140.152%16.57916.6150.0360.217%
0.1453780.1453910.0000130.009%31.98431.9920.0090.027%
0.2959640.2959920.0000280.009%65.11465.1680.0540.083%
0.7473320.7475690.0002370.032%165.104165.2560.1520.092%
1.5000501.500000-0.000050-0.003%330.060330.3140.2540.077%
2.9884602.9890000.0005400.018%662.136662.5860.4500.068%
7.5023907.500000-0.002390-0.032%1650.3801650.7790.3990.024%
14.35000014.320000-0.030000-0.209%3090.2403084.544-5.696-0.184%
19.32140019.242000-0.079400-0.411%4162.2904143.000-19.290-0.463%
PF = 0.5L在 7.50212A、1650.7W 下校准
电流基准电流读数电流误差电流 %功率基准功率读数功率误差功率 %
0.0145580.0146540.0000960.659%1.5551.5590.0040.257%
0.0296280.0297740.0001460.492%3.1733.168-0.005-0.158%
0.0748230.0748240.0000010.001%8.0378.0550.0180.218%
0.1451660.145141-0.000025-0.017%13.28713.2980.0110.083%
0.2954950.295481-0.000014-0.005%27.58727.5890.0020.007%
0.7473910.7473930.0000020.000%71.39971.4920.0930.130%
1.5001001.500000-0.000100-0.007%165.134165.3790.2450.148%
2.9883902.9890000.0006100.020%319.346319.7450.3990.125%
7.4023207.400000-0.002320-0.031%596.562596.9540.3920.066%
14.37120014.354000-0.017200-0.120%890.268889.965-0.303-0.034%
20.02160019.914000-0.107600-0.537%2197.2302187.520-9.710-0.442%
PF = 0.5C在 7.50212A、1650.7W 下校准
电流基准电流读数电流误差电流 %功率基准功率读数功率误差功率 %
0.0145430.0146710.0001280.879%1.6591.652-0.007-0.422%
0.0296240.0296380.0000140.046%3.3883.3900.0020.056%
0.0748270.0748480.0000210.029%8.5258.5370.0120.141%
0.1453140.145267-0.000047-0.032%18.49118.5030.0120.068%
0.2958340.295752-0.000082-0.028%37.38137.3910.0100.027%
0.7470770.747067-0.000010-0.001%94.04494.030-0.014-0.015%
1.4814501.481000-0.000450-0.030%171.561171.526-0.035-0.020%
2.9885102.9890000.0004900.016%345.256345.3110.0550.016%
7.4017507.399000-0.002750-0.037%1025.6101025.054-0.556-0.054%
14.33470014.318000-0.016700-0.117%2196.3702190.308-6.062-0.276%
19.30400019.241000-0.063000-0.326%2965.7802951.400-14.380-0.485%
GUID-E2684D3F-8492-4553-B934-60D0260965F0-low.gif图 11-1 功率百分比误差 % 负载电流 (A)
注:

图 11-1 中,图形表明在较高的电流下误差开始变为负值。这种现象是分流器被流经板上引线的电流加热所致。在低电流下,较高的误差主要是由导致读数不稳定的噪声引起的。

表 11-1 220V、5A 下精度与温度间的关系
电压 (V)电流 (A)功率 (W)
温度/CVVrefV%IIrefI%PPrefP%
0219.786219.991-0.093%5.0055.0000.097%1100.7301099.9400.072%
5219.728219.978-0.114%5.0055.0000.088%1099.4701099.860-0.035%
10219.801219.992-0.087%5.0055.0000.082%1100.0501100.0400.001%
15219.839219.997-0.072%5.0045.0000.072%1100.1101100.0200.008%
20219.896220.013-0.053%5.0035.0000.053%1100.1201099.9200.018%
25219.883219.954-0.032%5.0025.0000.025%1100.0501099.8300.020%
30219.951220.021-0.032%4.9985.000-0.040%1099.6801099.930-0.023%
35219.990220.060-0.032%4.9965.000-0.088%1099.2901099.960-0.061%
40220.012220.021-0.004%4.9935.000-0.142%1098.9101100.060-0.105%
45220.060220.0540.003%4.9915.000-0.193%1098.3301099.840-0.137%
50220.054220.0530.000%4.9885.000-0.256%1097.5801099.920-0.213%
55220.026219.9960.014%4.9835.000-0.343%1096.8901099.910-0.275%
60220.050220.0270.010%4.9795.000-0.427%1095.8001099.890-0.372%
65220.009220.051-0.019%4.9745.000-0.522%1094.7001100.020-0.484%
70219.968219.995-0.012%4.9695.000-0.630%1093.2101099.940-0.612%
75219.896219.973-0.035%4.9695.000-0.629%1093.0601100.030-0.634%
80219.892219.952-0.027%4.9695.000-0.637%1092.6001099.960-0.669%
85219.895219.957-0.028%4.9685.004-0.704%1092.8401099.910-0.643%
GUID-E2CA09FE-FB89-4413-AC42-8A96869AE4E1-low.gif图 11-2 典型精度与温度间的关系
注:

图 11-2 中,图形表明在较高的温度下误差开始变为负值。这种现象是板温度升高以及整个板的组合温度系数生效所致。