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. 1 引言
    1. 1.1 安全性和预防措施
    2. 1.2 特性
  5. 2 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. 3 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. 4 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. 5 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. 6 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. 7 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. 8 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. 9 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

2.2.3 分流电阻器

为了实现精确测量，另一个重要因素是分流器的选择。一般而言，具有较小值的分流器是较好的选择。较小的分流器值有利于减小分流器上耗散的功率和相应的温度上升。较低的温度上升降低了对温度系数极低的分流电阻器（用于维持整个温度范围内的精度）的需求。然而，使用小值分流器也有缺点，即小值分流器的信噪比比大值分流器差。从这个意义上而言，可能需要值较高的分流器，例如在测量非常小的电流时，要测量的电流范围也处于一个小范围内。本设计考虑了几个因素：最大电流、电流动态范围、功率耗散。

在该应用中，每个插座的最大电流为 15A，所需的电流保持平坦误差百分比动态范围为 1000:1。分流电阻器上耗散的功率最好尽可能小。

为实现最佳精度，在测量最大电流时，希望提供给 SD24 ADC 的电流信号具有最大摆幅，因为 SD24 ADC 在 1 倍增益时的输入范围约为 900mV。使用 16 倍增益时，交流均方根的输入范围为：

方程式 1. GUID-5BBAFB70-B949-41C2-BF34-4356DE928A84-low.gif

对于该数字，2mΩ 分流电阻应该适合此输入范围。然而，由于连接到分流电阻器的覆铜面积有限，因此最好使用值较小的分流器以使分流电阻器上的热积累较低；因此，选择了 0.5mΩ 的分流电阻。

除值之外，分流器的物理尺寸也是影响精度的一个重要因素。不是尺寸本身，而是电流流动时产生的热量。由于表面积有限，尺寸较小的分流器更容易升温。如果有很大的电流流过分流器，则建议使用尺寸足够大的分流器，并且 PCB 上也应该有足够的通风以防止热量积聚。在该设计中，选择了尺寸为 2512 的分流器。在阻值为 0.5mΩ 时，分流器在最大电流下的功率耗散为 162 × 0.5 = 0.128W，约为 2512 尺寸 1W 分流电阻器额定功率的 1/8。