Medidor Tensao Pic

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<ul><li><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA </p><p>DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA </p><p>LEANDRO LETTIERI TEIXEIRA </p><p>PROJETO DE DIPLOMAO </p><p>MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO </p><p>Porto Alegre </p><p>(2009) </p></li><li><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA </p><p>DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA </p><p>MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO </p><p>UTILIZANDO MICROPROCESSADOR </p><p> Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica. </p><p>ORIENTADOR: Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski </p><p>Porto Alegre </p><p>(2009) </p></li><li><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA </p><p>DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA </p><p>LEANDRO LETTIERI TEIXEIRA </p><p>MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO UTILIZANDO MICROPROCESSADOR </p><p>Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora. </p><p>Orientador: ____________________________________ Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski, UFRGS Doutor pelo Instituto Politcnico Nacional de Grenoble, Frana </p><p>Banca Examinadora: </p><p>Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski, UFRGS Doutor pelo Instituto Politcnico Nacional de Grenoble, Frana </p><p>Prof. Dr. Renato Ventura Bayan Henriques, UFRGS Doutor pela Universidade Federal de Minas Gerais, UFMG, Brasil </p><p>Prof. Dr. Marcelo Gtz, UFRGS Doutor pela Universidade Paderborn, Alemanha </p><p>Porto Alegre, dezembro de 2009.</p></li><li><p>DEDICATRIA Dedico este trabalho aos meus pais, ao meu irmo, aos meus avs, a minha tia e a </p><p>minha noiva pela dedicao e apoio em todos os momentos difceis.</p></li><li><p>AGRADECIMENTOS </p><p>Aos pais Vanderlei de Souza Teixeira e Carmela Carmen Lettieri Teixeira. </p><p> Marcela pelo apoio incondicional e ateno inigualvel aos problemas que ocorriam </p><p>durante este projeto. </p><p>Aos colegas de empresa pelo seu auxlio nas tarefas desenvolvidas durante este </p><p>trabalho. </p><p> Universidade, professores e funcionrios. </p><p> noiva, pais, irmo. </p></li><li><p>RESUMO </p><p>O projeto consiste em medidor de energia microprocessado (PIC) que adquire os sinais de corrente e tenso de uma instalao eltrica, calculando a potncia consumida (ativa e reativa), o fator de potncia e atuando neste, acionando bancos de capacitores para correo do mesmo. Os dados sero exibidos em um display de LCD (16x2). Alm disso, o medidor oferece um relatrio (log) com o consumo de um perodo, que pode ser transferido para um computador atravs de uma comunicao serial (RS-232) </p><p>Palavras-chaves: Medidor de Energia Eletrnico. Processamento de Sinais. Eletrnica e Instrumentao. </p></li><li><p>ABSTRACT </p><p>The project consists of microprocessor energy meter (PIC) which acquires the signals of current and voltage of an electrical installation, and calculates the power consumption (active and reactive), power factor and acting on this, triggering banks capacitors to correct them. The data will be displayed in an LCD display (16x2). In addition, the meter offers a report (log) with the consumption of a period that can be transferred to a computer via a serial communications (RS-232). </p><p>Keywords: Electronic Energy Meter. Signal Processing. Electronic and Instrumentation. </p></li><li><p>SUMRIO 1. INTRODUO .................................................................................................. 13 2. CONTEXTO DO PROJETO ............................................................................ 16 3. ANLISE DE ALTERNATIVAS ..................................................................... 17 3.1. Aquisio de Dados ............................................................................................. 17 3.1.1. Sensor de Tenso ................................................................................................ 18 3.1.2. Sensor de Corrente ............................................................................................. 19 3.2. Processamento dos Dados .................................................................................. 22 3.3. Visualizao dos Dados ...................................................................................... 24 3.4. Interface com Computador................................................................................ 25 4. CONCEITOS TERICOS ................................................................................ 26 4.1. Potncia e Energia .............................................................................................. 27 4.1.1. Fator de Potncia ................................................................................................ 31 4.1.2. Fator de Deslocamento ....................................................................................... 31 4.1.3. Potncia Complexa ............................................................................................. 32 5. MEDIDORES DE ENERGIA ........................................................................... 36 5.1. Medidor Tipo Induo ....................................................................................... 36 5.1.1. Medidor Monofsico de Energia Eletromecnico ........................................... 37 5.1.2. Medidor Monofsico de Energia Eletrnico .................................................... 40 6. IMPLEMENTAO DO PROJETO .............................................................. 42 6.1. Implementao do Hardware ............................................................................ 42 6.1.1. Microcontrolador................................................................................................ 43 6.1.2. Sensor de Corrente e Tenso ............................................................................. 44 6.1.3. Comunicao RS-232 ......................................................................................... 47 6.1.4. Visualizao dos Dados ...................................................................................... 49 6.1.5. Teclas e Componentes Passivos ......................................................................... 52 6.1.6. Fonte de Alimentao ......................................................................................... 53 6.2. Teoria de Funcionamento do Hardware .......................................................... 54 6.3. Implementao de Software .............................................................................. 56 6.4. Esquemtico e Placa em 3D ............................................................................... 58 6.5. Anlise de Erro ................................................................................................... 61 6.6. Teoria de Funcionamento Geral do Hardware ................................................ 62 6.7. Resultados Prticos ............................................................................................ 63 7. CONCLUSO ..................................................................................................... 66 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................. 67 </p></li><li><p>LISTA DE ILUSTRAES Figura 1 - Diagrama de Blocos. ................................................................................................ 15 Figura 2 - Transformador de Potencial. [3] .............................................................................. 18 Figura 3 - Divisor de Tenso. [3] ............................................................................................. 19 Figura 4 - Transformador de Corrente. [3] ............................................................................... 20 Figura 5 - Resistor Shunt. [3] ................................................................................................... 20 Figura 6 - Bobina de Rogowski. [3] ......................................................................................... 21 Figura 7 - Sensor Hall. [4] ........................................................................................................ 21 Figura 8 - Defasagem carga linear ............................................................................................ 28 Figura 9 - Tringulo de potncia. [10] ...................................................................................... 33 Figura 10 - Correo Fator de potncia. [10] ........................................................................... 34 Figura 11 - Tcnica correo fator de potncia. [10] ............................................................... 35 Figura 12 - Medidor de Energia Monofsico. [4] ..................................................................... 38 Figura 13 - Diagrama bsico para um medidor eletrnico. [2] ................................................ 41 Figura 14 - Pinagem PIC16F916 [11] ...................................................................................... 43 Figura 15 - Pinagem Sensor Hall. [8] ....................................................................................... 45 Figura 16 - Configurao tpica do sensor. [8] ......................................................................... 46 Figura 17 - RS-232. [2] ............................................................................................................ 48 Figura 18 - MAX232 Pinagem [12] ......................................................................................... 49 Figura 19 - Envio de um byte RS-232 ...................................................................................... 49 Figura 20 - Contraste LCD. [13] .............................................................................................. 51 Figura 21 - Escrita e leitura LCD - tempos. [13] ...................................................................... 52 Figura 22 - Configurao das teclas ......................................................................................... 53 Figura 23 - Fonte de alimentao ............................................................................................. 54 Figura 24 - Fluxograma do software ........................................................................................ 57 Figura 25 - Esquemtico ........................................................................................................... 59 Figura 26 - Placa 3D ................................................................................................................. 61 Figura 27 - Sinal de Tenso ...................................................................................................... 64 Figura 28 - Sinal de Corrente ................................................................................................... 64 Figura 29 - Visualizao RS-232 ............................................................................................. 65 </p></li><li><p>LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Caractersticas Sensores de Corrente ...................................................................... 22 Tabela 2 - Caractersticas de um medidor monofsico............................................................. 40 Tabela 3 - Caractersticas do PIC [11]...................................................................................... 43 Tabela 4 - Descrio de pinos do PIC utilizados ...................................................................... 44 Tabela 5 - Pinagem display LCD. [13] ..................................................................................... 50 Tabela 6 - Comandos LCD. [13] .............................................................................................. 51 Tabela 7 - Lista de materiais..................................................................................................... 60 Tabela 8 - Resultados Prticos.................................................................................................. 65 </p></li><li><p>LISTA DE EQUAES Equao 1 - Lei de Ohm ........................................................................................................... 20 Equao 2 - Sensor Hall ........................................................................................................... 21 Equao 3 - Valor Mdio.......................................................................................................... 26 Equao 4 - Valor Mdio forma discreta.................................................................................. 26 Equao 5 - Valor RMS ........................................................................................................... 26 Equao 6 - Valor RMS forma discreta ................................................................................... 27 Equao 7 - Energia .................................................................................................................. 27 Equao 8 - Energia em funo da potncia mdia .................................................................. 27 Equao 9 - Equao potncia eltrica ..................................................................................... 28 Equao 10 - Tenso da rede .................................................................................................... 29 Equao 11 - Corrente para cargas lineares.............................................................................. 29 Equao 12 - Potncia em carga linear ..................................................................................... 29 Equao 13 - Potncia mdia expresso final .......................................................................... 30 Equao 14 - Potncia aparente ................................................................................................ 31 Equao 15 - Fator de Potncia ................................................................................................ 31 Equao 16 - Fator de deslocamento ........................................................................................ 32 Equao 17 - Potncia complexa .............................................................................................. 32 Equao 18 - Potncia complexa capacitiva............................................................................. 34 Equao 19 - Fora de Lorentz ................................................................................................. 39 Equao 20 - Tenso de sada do sensor hall ........................................................................... 46 </p></li><li><p> LISTA DE ABREVIATURAS </p><p>PIC: Controlador Integrado de Perifricos </p><p>CI: Circuito Integrado </p><p>LCD: Display de Cristal Liquido </p><p>TTL: Lgica de Transistor-Transistor </p><p>FEM: Fora Eletro-Motriz </p><p>UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul </p><p>PC: Computador Pessoal </p><p>ADC: Conversor Analgico para Digital </p><p>USB: Barramento Serial Universal </p><p>MPU: Unidade de microprocessamento </p><p>RMS: Raiz mdia quadrtica </p><p>AFE: Front-End Analgico </p><p>DSP: Processador Digital de Sinais </p><p>LSB: Bit Menos Significativo </p><p>MSB: Bit Mais Significativo </p><p>RTS: Pronto Para Enviar </p><p>CTS: Limpo Para Enviar </p><p>RTC: Relgio de Tempo Real </p><p>CCS: Computer Custom Service Inc. </p></li><li><p>13 </p><p>1. INTRODUO </p><p>A preocupao com a obteno e uso racional da energia eltr...</p></li></ul>