Para la medición de los parámetros de voltaje, corriente, energía y potencia en corriente alterna de 220 Volts a 35 amp, se tomaron en cuenta las consideraciones en la elección de los elementos.
Selección del sensor de voltaje.
El sensor de voltaje a utilizar es el modelo 3508_0 - CE-VJ03-32MS2-0.5, del fabricante Phidgets. El sensor es capaz de hacer una medición en un rango entre 0V y 250V en corriente alterna y provee una señal de salida entre 0V y 5V en corriente directa, la cual ya es óptima para que pueda ser procesada por algún microcontrolador.
La señal de salida es proporcional a la entrada de voltaje, el cuál para poder tener valores reales de lectura sólo se necesita aplicar la siguiente fórmula:
Las características se enlistan a continuación:
| Tipo de sensor |
Voltaje AC
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| Voltaje mínimo |
0 V
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| Voltaje máximo |
250 V
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| Error |
0.5%
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| Frecuencia |
60 Hz
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| Voltaje de alimentación |
12 V DC
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| Consumo |
15 mA
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Selección del sensor de corriente
El sensor de corriente a utilizar es el modelo ACS756, del fabricante Allegro MicroSystems. El dispositivo utiliza el efecto Hall para poder realizar la medición. La corriente aplicada que atraviesa esta trayectoria de cobre de la conducción genera un campo magnético que sea detectado por el integrado y lo convierte en un voltaje proporcional.
La salida del dispositivo es positiva cuando una corriente atraviesa la trayectoria de cobre primaria de la conducción (de terminal 4 a terminal 5), que es la trayectoria usada para la detección actual.
Más información acerca del sensor de corriente a utilizar en la página del fabricante o el datasheet.
Selección del sensor de cruce por cero (Frecuencia)
Para poder medir la frecuencia se utilizará un sensor de cruce por cero, el cual se realizará mediante un amplificador operacional.
En la entrada del operacional se hará un aislamiento ISO122, el cual previamente se atenuará la señal usando un divisor de voltaje. A la salida del circuito de cruce por cero, se tiene un tren de pulsos, con una parte negativa, por lo que se agregará un diodo para hacer un corte a la señal y ésta pueda ser leída por el microcontrolador.
Cálculo de potencia y energía
La potencia de la señal puede ser calculada directamente con los valores de voltaje y corriente que se han obtenido previamente con los sensores antes mencionados.
Para el cálculo de la energía, se realizará mediante un algoritmo de cálculo de integral (Trapecio o simpsons 3/4), integrando la potencia, se podrá obtener la energía de consumo.
Microcontrolador
Se eligió el microcontrolador, del fabricante Atmel de la familia SAM4S8, el cual es un ARM Cortex M4 con las características principales enlistadas a continuación.
- Frecuencia de operación máxima de 120 MHz
- 521 KB de memoria flash y 128 KB de memoria SRAM
- Voltaje de suministro entre 1.62 V y 3.6 V
- Consumo de 200 μA/MHz
- Inferfaces de bus externas que posee: SRAM, PSRAM, NOR, Flash, módulo LCD, y NAND Flash.
- Interfaz analógica
- Soporte de librería nativa Atmel QTouch®
- Captura de datos de entrada/salida de forma paralela.
Una de las principales razones de elegir el microcontrolador SAM4S8 fue que es capaz de realizar procesos paralelos, lo que permitiría que las lecturas de los sensores se puedan llevar a cabo de manera paralela permitiendo una mayor precisión de datos.
