Buceando en los MCUs Freescale...

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1 COMENTARIO TÉCNICO Buceando en los MCUs Freescale... Por Ing. Daniel Di Lella Dedicated Field Application Engineer EDUDEVICES Medidor de Potencia Activa Monofásico y Trifásico Por Ing. Aranda, Roberto Carlos / Ing. Teseyra, Rene Julio / Lutfi David, Ortiz Rodrigo FMA - UCSE Muchas veces al comenzar un desarrollo nos encontramos ante una verdadera encrucijada cuando empezamos a analizar las distintas variantes disponibles para implementar una solución que además de ser efectiva cuente con otros atributos como sencillez, robustez, etc., etc... y todos los que estamos ligados de alguna u otra forma a este cruel mundo de la tecnología sabemos perfectamente que no es algo sencillo de lograr para muchos de nosotros los mortales... Esta aplicación que les entregaré en los próximos artículos tiene, a mi juicio, muchos de los atributos anteriormente citados. Espero que sea de vuestro agrado e ilumine o dispare ideas que puedan aprovechar en vuestros proyectos. Descripción General de la Aplicación Esta aplicación consiste en la implementación de un medidor digital de potencia activa monofásica y trifásica para sistemas de alimentación de baja tensión desde el rango de 0V a 0V y 0Hz de frecuencia de línea. El mismo fue desarrollado a partir de un MCU de la familia HC90 como el MC90GP pero puede fácilmente adaptarse a otros más potentes de la familia HC9S0 sin mayores modificaciones, más el agregado de los correspondientes circuitos adquisidores de señales desde la red eléctrica.

2 El diagrama operativo del sistema es mostrado en la figura, en el cual podemos observar los principales bloques constituyentes: a) M. Placa Sensores Potencia Opto aislada. b) MP. MCU MC90GP, unidad central de control y procesamiento. c) M. Interfase Serial Opto aislada a PC RS-. d) T.T.T y T. Teclas. e) D. Display inteligente LCD x con Backlight. f) RTC. Reloj en Tiempo Real DS0 de la firma Dallas. De acuerdo a las especificaciones requeridas en este tipo de aplicaciones, el sistema es auto alimentado desde la red eléctrica, posee indicaciones de salida por display LCD del tipo inteligente de x, y comunicación serial RS- opto aislada, a fin de garantizar un correcto aislamiento galvánico - eléctrico. En su modo normal de trabajo permite la medición y registro de las potencias activas monofásicas o trifásicas, para cargas balanceadas y/o desbalanceadas. Las lecturas son presentadas en un Display LCD de caracteres por líneas, simultáneamente lleva un registro de las lecturas realizadas, con información de fecha y hora, para lo cual dispone de un reloj basado en el circuito integrado DS0, el lector puede implementar dicho reloj utilizando el módulo TBM (Time Base Module) del GP (HC90) o bien, utilizando el módulo RTI disponible en todos los dispositivos de la familia HC9S0. La comunicaron serial RS- con optoaislamiento permite la transmisión de los datos registrados a una PC (Computadora Personal) ya sea en el momento de la lectura, modo on-line, o bien a posteriori a fin de utilizar un software de procesamiento estadístico de datos desarrollado específicamente para esta aplicación, el que además permitirá, por ejemplo, el monitoreo remoto y lectura de los datos a través de una aplicación WEB. Figura : Diagrama en bloques del Sistema

3 Descripción de los Módulos del Sistema Como se menciono anteriormente la etapa de control, esta implantada en torno al Microcontrolador MC90GP, el cual si bien resulta sobre dimensionado para esta aplicación especifica, resultó el mas adecuado en función de la herramienta de desarrollo que se tenía disponible en el laboratorio para la línea Freescale, pero el lector puede utilizar cualquier MCU de la familia HC90 o HC9S0 que disponga de un puerto serial y las líneas suficientes I/O como para manejar el LCD y las entradas de los sensores. Resulta claro que el procesamiento y comunicación de datos es implementado en el software desarrollado específicamente para el MCU, y que escapa al concepto de los futuros artículos a desarrollar. Básicamente este software gestiona la adquisición de datos desde el modulo correspondiente, la presentación de los mismos por medio del Display LCD, y la comunicación serial con una computadora personal. El Modulo de adquisición y calculo de las potencias activas, es una configuración circuital que permite la lectura de potencias y entrega como salida un valor de tensión continua proporcional a las mismas. De esta forma el software de control resulta sumamente simplificado ya que en definitiva se trata de la adquisición y gestión de valores continuos (proporcionales a las potencias medidas) por parte del microcontrolador. El funcionamiento de este módulo de medición de potencias puede ser descripto brevemente de la manera siguiente, en referencia al diagrama mostrado, el conversor óptico entrega una señal de tensión continua proporcional al valor de la potencia consumida en la carga, este valor tiene un off-set de. V, de esta forma, al pasar por un conversor A/D de bits, el valor digital correspondiente variará entre 0 y, se logra entonces que cada bit sea equivalente a una lectura de 0W, mayor resolución en la lectura puede obtenerse utilizando cualquier MCU de la familia HC9S0 con conversores A/D de 0 Bits de resolución. Este puente es conocido como configuración de Woodward, por lo cual en este desarrollo fue diseñado para una potencia máxima de 00 W, la que puede ser modificada fácilmente mediante el rediseño de esta etapa. Se adopto este modo de trabajo, por considerarlo interesante en función de la simplificación de la adquisición de los datos primarios (corrientes y tensiones), y fundamentalmente del desarrollo del software para el microcontrolador favoreciendo así su portabilidad a otros dispositivos. La comunicación serial, es bajo la norma RS-, clásica entre dispositivos de este tipo y computadoras personales, disponiendo como se anticipo de la adecuada separación óptica (aislación galvánica) para el aislamiento eléctrico, dada las características del sistema. En cuanto al programa esta dividido en las siguientes etapas: A) Orden desde el teclado, PC o WEB para inicio de las mediciones B) Inicia toma de las muestras de los canales cada 0 mseg, correspondientes a las fases RST. C) Una ves que ha completado 00 muestras (corresponde a segundo de lectura) calcula el promedio de las mismas. D) Registra las lecturas instantáneas y promedios de potencias.

4 E) Rutina de volcado a la Flash (grabación en Flash). F) Rutina de presentación los datos por el LCD, y lectura de teclado. G) Rutina de Comunicación Serial RS-. El programa de gestión y estadística de datos en la computadora personal esta realizado en un entorno visual, con interfase a base de datos en MySQL, en la cual se almacena los valores medidos, con la información de fecha, hora, ID de la lectura, etc. Este software también implementa el enlace WEB a fin de dar flexibilidad de monitoreo al sistema. Diagramas Electrónicos del Sistema A continuación se muestran los respectivos circuitos electrónicos desarrollados para esta aplicación. Microcontrolador C 00 nf RS E D D D D AD0 AD AD C U 9 Vss 0 Vdd PTA0/KBD0 PTA/KBD PTA/KBD PTA/KBD PTA/KBD PTA/KBD PTA/KBD PTA/KBD PTB0/AD0 PTB/AD PTB/AD PTB/AD PTB/AD PTB/AD PTB/AD PTB/AD Vddad/Vrefh (ADC) Vssad/Vrefl (ADC) MCHC90GP PTC0 PTC PTC PTC PTC PTD0/SS PTD/MISO PTD/MOSI PTD/SPSCK PTD/TCH0 PTD/TCH PTE0/TxD PTE/RxD OSC OSC RST IRQ VDDA (PLL) VSSA (PLL) CGMXFC (PLL) 9 0 R0_ 0K J0 CON SW USUARIO_ C0_ 00nF J9 CON R9 0K R0_ 0K SW USUARIO_ C0_ 00nF R0_ 0K J CON C pf TX RX R Y,9MHZ 0M C9 00nF C pf SW RESET SW USUARIO_ C0_ 00nF 00nF

5 Puente Adquisidor Woodward Medidor de Potencias ( FASE GENERICA x )

6 Interface Serial Optoacoplada _ GND RX TX J C 0uF _ U N C 0uF C 0uF _ C 0uF 0 C 0uF U RIN RIN TIN TIN C+ C- C+ C- V+ V- GND VCC MAX ROUT ROUT TOUT TOUT 9 R K Q BC D LED Amarillo R 0 R 0 U N R K RX Q BC R K Q BC R K R K D LED Verde R R 0 0 Q BC R K TX Fuente de Alimentación J 9V AC SW Botón de Enc. F A - + D Puente Rect C 0uF C 0nF U VIN GND L0/TO0 VOUT C 00nF C 0uF D R0 0 R,K, LED_ROJO R,K Conectores, AD0 AD AD J Alimentacion J R9 00 J Retroiluminación P 0K D D J 9 0 Conector LCD RS E D D Conversor

7 VCC v RTC SDA SCL R K R K D LED SEGUNDO Y.Khz BT U X X VBAT DS0 SCLK SDA GNDSQW/OUT VCC C9 00nf R 0K R JP JUMPER K R 0 Q BC V Especificaciones Generales del Sistema Potencia: Activa, Monofásica o Trifásica 0 V/ 0 V, 0 HZ. Rango 0-00 W (Ampliable según Configuración). Lecturas: Display LCD x, Potencias Por Fases, Potencia Total y Potencia Pico. Comunicación: a PC mediante RS-. Software: Hyperterminal de Windows o similar. Aislamiento: Optoacoplado. Alimentación: Desde la Misma Red. Continuará... Nota de Redacción: El lector puede descargar este artículo y artículos anteriores de Buceando... desde la sección Artículos Técnicos en el sitio web de EduDevices ( )