Medición de corriente alterna 220V - 35 amp. Pt. 2

Objetivos

Objetivo general

Diseñar una placa PCB para la medición de diferentes variables eléctricas.

Objetivos particulares

• Realizar el diseño del circuito de medición de las diferentes variables eléctricas.

• Realizar el diseño del PCB del circuito.

• Generar el pseudocódigo y diagrama de flujo del proceso de obtención de datos, así mismo del procesamiento de los mismos usando un microcontrolador.

Descripción del problema

Se desea realizar una medición de las variables eléctricas de voltaje, corriente, potencia y energía en corriente alterna de 220 volts a 35 amp. Para eso se diseñará una placa que integre diferente tipo de sensores y un microcontrolador que procese las lecturas obtenidas de manera que la placa PCB diseñada pueda arrojar resultados que puedan ser utilizados de forma inmediata.

Materiales

En la siguiente tabla se mencionarán los materiales que son utilizados para la realización del PCB.

	Descripción	Cantidad	Precio unitario	Total
1	Regulador DC-DC 3.3V	1	$ 5.48	$5.48
2	Regulador AC-DC 5V	1	$ 13.25	$ 13.25
3	Op-amp	2	$ 0.55	$ 1.10
4	Atmel ARM Cortex M4	1	$ 8.10	$ 8.10
5	Conector JTAG 10pin	1
6	Capacitor 100 nF	7	$ 0.10	$ 0.70
7	Capacitor 10uF	2	$ 0.53	$ 1.06
8	Resistencia 220 ohms	1	$ 0.10	$ 0.10
9	Capacitor 15pF	2	$ 0.50	$ 1.00
10	Cristal 12Mhz	1	$ 0.79	$ 0.79
11	Sensor de corriente ACS7566	1	$ 6.57	$ 6.57
12	Sensor de voltaje	1	$ 115.00	$ 115.00
			Total	$ 168.15

Diseño de la placa

Esquemático

Los sensores de voltaje y corriente tienen aislamiento. Los sensores de corriente y voltaje ya poseen aislamiento por lo que no será necesario aislar esa parte de la placa, sin embargo para la detección del cruce por cero, el circuito no se encuentra aislado.

El proceso de aislamiento se realizará, primero en un transformador 220V – 5V y luego en un optoacoplador, la salida de este último irá directo al microcontrolador. El esquemático del circuito se muestra en la figura anterior.

PCB

El diseño de la placa PCB se muestra en la siguiente figura.

Alimentación

La tarjeta tiene una alimentación de la misma línea de corriente alterna, esto se realiza usando un convertidor AC-DC, con los parámetros de corriente alterna entre 80 – 250V, con un voltaje de corriente directa de 5V.

Además cuenta con un regulador de 5V a 3.3V para la alimentación de los demás componentes del sistema.

Metodología

La característica del microcontrolador de que pueda realizar tareas paralelas permite que el procesamiento sea muy rápido con el mínimo de error en cada una de las lecturas. El proceso general, siguiente diagrama, propone que las lecturas de los sensores se realicen de manera simultánea, al haber elegido los sensores mencionados en la tabla, también facilitó que la parte de medición no necesite un pre-procesamiento de la señal riguroso.

Pseudocódigo

Proceso Main
    

    Leer SensorV, SensorI

    V = Voltaje(SensorV)

    I = Corriente(SensorI)

    

    //Ejecutar asíncronamente o en interrupciones

    F = Frecuencia()

    P = Potencia(F, V, I)

    E = Energia(F, V)

    

    Escribir "Voltaje: ", V

    Escribir "Corriente: ", I

    Escribir "Frecuencia: ", F

    Escribir "Potencia: ", P

    Escribir "Energia: ", E

    
FinProceso


SubProceso V<- Voltaje(ValorSensor)

    

    V= 250*ValorSensor/5



FinSubProceso



SubProceso I <- Corriente(sensor)

    

    I = 0

    Imax = I

    

    Repetir

        I = sensor/.04

        Si I > Imax Entonces

            Imax = I

        FinSi

    Hasta Que Falso

    

FinSubProceso



SubProceso freq <- Frecuencia

    tiempo = 0

    pulsos = 0;

    Mientras tiempo < 1 Hacer

        Si DetectoFlancoAscendente Entonces

            pulsos = pulsos + 1

        Fin Si

    Fin Mientras

    

    freq = pulsos

FinSubProceso


SubProceso pot <- Potencia(freq, V, I)

    

    tiempo = 0

    T = 1/freq

    pot = 0

    Mientras tiempo<T Hacer

        pot = pot + V*I

    Fin Mientras

    pot = pot/T

FinSubProceso



SubProceso E <- Energia(freq, v)

    tiempo = 0

    T = 1/freq

    E = 0

    Mientras tiempo<T Hacer

        E = E + abs(v^2)

    Fin Mientras

    Escribir E

FinSubProceso