فهرست مطالب

مقدمه:    ۱
اساس کار دستگاههای اندازه‌گیری:    ۲
کنتورهای اندازه ‌گیری الکتریکی    ۲
انواع کنتور:    ۲
قستمهای مختلف کنتور القایی تکفاز (مؤثر)    ۳
اساس کار کنتور    ۵
آشنایی مختصری با میکروکنترلرهای AVR:    ۶
خصوصیات ATmega16:    ۱۱
حافظه:    ۱۱
امکانات جانبی:    ۱۱
ولتاژهای  عملیاتی:    ۱۲
فرکانس های کاری:    ۱۲
خطوط I/O وانواع بسته بندی :    ۱۳
خصوصیات ۸ATmega:    ۱۴
حافظه:    ۱۴
امکانات جانبی:    ۱۴
ولتاژهای  عملیاتی:    ۱۵
فرکانس های کاری:    ۱۵
خطوط I/O وانواع بسته بندی :    ۱۶
EEPROM های خانواده  AT24CXX:    ۱۷
معرفی تراشه  AT24C01:    ۱۷
ویژگی ها:    ۱۷
قابلیت اعتماد بالا:    ۱۸
پایه (Serial Data)SDA:
پایهwrite protect) WP):
نحوه عملکرد حافظه:    ۲۰
انتقال داده و کلاک :    ۲۰
حالت شروع(start condition):
حالت توقف(stop condition):
تصدیق(Acknowledge):
حالت Standby:    ۲۱
صفحه کلید ماتریسی:    ۲۲
شمای کلی پروژه:    ۲۳
برنامه نرم افزاری کنتور دیجیتالی اعتباری :    ۲۴
نرم افزارشارژر:    ۲۵
طرح شماتیک سخت افزار شارژر:    ۳۶
نرم افزار کنتور :    ۳۷
طرح شماتیک سخت افزاربخش مربوط به کنتور:    ۴۶
منابع و مآخذ:    ۴۷

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

چکیده

کنتوروسیـله‌ای است جهـت سنجش انـدازه‌گـیری انرژی مصرفی برق که قدرت مصرفی را نسبت به زمان ثبت می ‌نماید. عدم پرداخت هزینه برق مصرفی توسط بعضی از مشترکین شرکت برق را برآن داشت تا سعی به دریافت هزینه قبل از مصرف کند.پروژه تبدیل کنتور الکترومغناطیسی به کنتور دیجیتالی اعتباری گامی است به سوی پیشبرد این هدف.

نرم افزارپروژه به کمک زبان برنامه نویسی  Codvitionنوشته شده است.

 نرم افزارو سخت افزار پروژه شامل سه بخش کارت حافظه٬ کنتورو شارژرمی باشد.

دستگاه شارژردراداره برق مورد استفاده قرارمی گیرد٬مشترکین با مراجعه به شرکت برق و پرداخت هزینه کارت خود را شارژمی کنند.

کنتور٬ با اتصال کارت شارژ مبلغ شارژشده را دریافت می کند و از آن پس به کارخود ادامه می دهد(پس ازاتمام مبلغ شارژ شده کنتوربعد ازاعلام چندین اخطاربرق مصرف کننده را قطع می کند).

کارت حافظه شامل یک EEPROM با ظرفیت ۱Kbاست که به صورت I2C با میکرودرارتباط است.

واژه های کلیدی: هزینه برق، کنتور دیجیتالی اعتباری، میکروکنترلرهای AVR، کارت حافظه٬ کنتورو شارژر

مقدمه:
درکنتورهای الکترومغناطیسی ودیجیتالی مورد استفاده درکشور٬ مشترکین پس ازمصرف برق٬هزینه پرداخت می کنند.قطع برق مشترکین به دلیل نپرداختن هزینه مستلزم حضور مامور شرکت برق در محل٬وپرداخت هزینه وصل مجدد توسط مشترک می باشد.
عدم پرداخت هزینه برق مصرفی توسط بعضی از مشترکین شرکت برق را برآن داشت تا سعی به دریافت هزینه قبل از مصرف کند.پروژه تبدیل کنتور الکترومغناطیسی به کنتور دیجیتالی اعتباری گامی است به سوی پیشبرد این هدف.
اساس کار دستگاههای اندازه‌گیری:
اساس کارکلیه دستگاههای اندازه‌گیری عقربه‌ائی براساس تأثیرمیدان روی سیم حامل جریان است که مکانیسم آنها با هم فرق دارد. دردستگاه اندازه‌گیری با قاب گردان که در داخل میدان قرار گرفته دراثر عبورجریان(به نسبت جریان ورودی) عقربه حرکت خواهد نمود و برای اینکه با سرعت حرکت نکند از یک خفه کن استفاده می ‌شود بنام آمپر یا دمفینگ.
نامگذاری دستگاه ها با توجه به مکانیزم آنها می باشد .مثلا اندکسیونی٬ قاب گردان٬ حرارتی٬ دینامیکی… که از شرح جزئیات دستگاهها صرفنظر می شود.
کنتورهای اندازه ‌گیری الکتریکی
کنتوروسیـله‌ای است جهـت سنجش انـدازه‌گـیری انرژی مصرفی برق که قدرت مصرفی را نسبت به زمان ثبت می ‌نماید. و واحد آن اگرP کیلووات و t ساعـت بـاشـد.
W = P.t ژول = وات ثانیه
چون واتهای مصرفی نسبت به زمان ثانیه خیلی خیلی زیاد است لذا با واحد بزرگترکیلووات ساعت سنجیده خواهد شد و اعدادی که نمراتورکنتورنشان می‌دهد براساس همین واحد است.
وات ثانیه
انواع کنتور:
کنتورها با توجه نوع برق مصرفی به دو دسته تقسیم می شوند:
۱-کنتورجریان مستقیم
۲-کنتورجریان متناوب :
الف- کنتورواته یا موثر تکفاز
ب- کنتوردواته یا غیرموثر سه فاز
کنتورجریان متناوب واته کنتوری است که مقدار انرژی مصرفی مفید (وات) را می‌سنجد.
کنتورجریان متناوب دواته کنتوری که مقدار انرژی مصرفی غیرمفید (دواته یا وار) را اندازه گرفته و به آن وارمتر نیز گویند. مجموع دو قدرت واته و دواته را قدرت ظاهری گویند که بصورت برداری جمع می ‌گردد. که ولت آمپر واحد آن خواهد بود.
وسیله‌ائی که قدرت ظاهری را اندازه بگیرد نداریم بنابراین ازدو وسیله ولتمتروآمپرمتراستفاده نموده و حاصل را در همدیگر ضرب می ‌کنیم.
اگر دستگاهها سه فازه باشند اساس کاربرای سه فازه طراحی شده مثل سه کنتور تکفاز است.
البته این فرمولها در جریان متعادل سه فاز صادق است و اگرنامتعادل باشد باید جزبه جزاندازه گرفته شود و بعد با هم جمع شود. در اینجا به اساس کارکنتورتکفازمتناوب اکتفا می ‌کنیم.
قستمهای مختلف کنتور القایی تکفاز (مؤثر)
این نوع کنتور که بر اساس القای الکترومغناطیسی کار می کند شامل قسمتهای زیر است.
۱-بوبین ولتاژ
۲- بوبین جریان
۳- صفحه آلومینیمی دوار
۴- چرخ دنده و محور
۵- آهنربای دائم
۶- شماره انداز
۷- محفظه
۱٫بوبین ولتاژ: سیم پیچ ولتاژ با تعداد دور بیشتر و قطر کمترنسبت به سیم پیچ جریان٬(ازسیم شماره ۴ برای پیچیدن آن استفاده می شود )طراحی شده است که با بار موازی می شود.
۲٫بوبین جریان: این سیم پیچ جهت تحمل جریان‌های عبوری٬ با قطر بیشتر و دور کـمتر٬طراحی شده است. که با بار به صورت سری قرار گرفته است. برای تغییر تعداد دور سیم پیچ جریان از کم و زیاد کردن ورقه های نازک دینامو(رینگ های مسی و برنجی)استفاده می شود.
۳٫دیسک آلومینیومی دایره ای شکل: این دیسک هنگام مغناطیس شدن به حرکت درمی آیدو موجب به حرکت در آمدن چرخ دنده هایی که به شماره اندازمتصل اند می گردد(خلل وفرج روی صفحه برای افزایش استحکام مکانیکی صفحه قرار داده شده است).
۴٫پیچ تنظیم هسته بوبین ولتاژ: این پیچ بالانس صفحه دیسک را به عهده دارد٬تنظیم این پیچ موجب می شود تا در زمانیکه هیچ جریانی از کنتور کشیده نمی شود صفحه دیسک در حالت بالانس قرار گیرد و حرکت آن مطابق با کنتورهای استاندارد شرکت برق گردد.
۵٫آهنربای دائمی نعلی شکل: این آهنربا حکم ترمزرا برای صفحه دیسک زمانیکه هیچ نیرویی به صفحه وارد نمی شود٬ دارد.هرچه دهانه آهنربا نسبت به صفحه بیرون ترباشد خاصیت ترمزی بیشتر می گردد. تنظیم φ cosبه کمک پیچ روی آهنربا انجام می شود.
اساس کار کنتور
با توجه به شکل۱-۱ درکنتورازدوسیم پیچ اسـتفــاده شـده که یکی سیم پیچ جریان با قطر بیشتر و دور کـمتر٬ جهت تحمل جریان‌های عبوری و دومی سیم پیچ ولتاژ با تعداد دور بیشترو قطر کمتر٬ جهت تحمل فـشـار الـکتـریکـی که سیم پیچ ولتاژ همیشـه در مـدار اتـصـال دارد ولی تـا مـوقـعیکـه از سیم پیچ جریان بار گرفته نشود هیچگونه عکس العمل ندارد.
سیم پیچ ولتاژ به صورت موازی وسیم پیچ جریان به شکل سری با ورودی برق مشترک قرار می گیرد.بنابراین سیم پیچ ولتاژ همیشه برق دار است و سیم پیچ جریان با استفاده مشترک از برق برق دار خواهد شد.این دو سیم پیچ به شکلی نسبت به هم قرار گرفته اند که با عبور جریان از سیم پیچ جریان, میدان مغناطیسی حاصل از دو سیم پیچ بر هم اثر می کنند.برآیند این دو میدان باعث ایجاد جریانهای فوکو در سطح صفحه آلومینیومی می شود.طبق قانون القای فاراده این جریان به همراه برآیند میدانها سبب چرخش صفحه آلومینیومی می گردد.
F=B.L.I.sin(Φ)
هر چه جریان عبوری از سیم پیچ جریان بیشتر باشد(مصرف بیشتر جریان) نیروی وارد بردیسک بیشتر ودیسک سریعتر می چرخد. بنابراین چرخش صفحه با مصرف رابطه مستقیم خواهد داشت.
طبق استانداردهای شرکت کنتور سازی ایران هر ۳۷۵ دور چرخش صفحه معادل یک کیلووات ساعت است.
آشنایی مختصری با میکروکنترلرهای AVR:
AVR ها میکروکنترلرهای ۸ بیتی از نوع CMOS با توان مصرفی پایین هستند که بر اساس ساختار پیشرفته RISC ساخته شده اند.پس از ساخت اولین نسخه های AVRدر سال ۱۹۹۶این سری از میکروکنترلرها توانست نظر علاقه مندان را به خود جذب کند.به طوری که امروزه یکی از پرمصرف ترین انواع میکروکنترلرها به حساب می آید.همان طور که می دانید نمی توان هیچ نوع میکروکنترلری را به عنوان بهترین معرفی کرد چرا که هر میکروکنترلر کاربردهای خاص خود را دارد و بر اساس خصوصیات داخلی اش می تواند تنها برای موارد ویژه ای به عنوان بهترین انتخاب گردد.ولی با این حال با مطالعه صفحات بعدی و آشنایی با امکانات و نرم افزارهای جانبی AVRمتوجه خواهید شد که در کل استفاده از AVRبر بقیه ارجحیت دارد.
AVRها با ساختار RISC دستورات را تنها در یک پالس ساعت اجرا می نمایند و به این ترتیب می توان به ازای هر یک مگا هرتز٬یک مگا دستور را در ثانیه (MIPS)اجرا کرده و برنامه را از لحاظ سرعت پردازش و نیز مصرف توان بهینه نمود.
AVRها٬ ۳۲ رجیستر همه منظوره و مجموعه دستورات قدرتمندی را شامل می گردند.تمامی این ۳۲ رجیستر مستقیما به ALUمتصل شده اند.بنابراین دسترسی به دو رجیستر در یک سیکل ساعت هم امکان پذیر است.این ساختار سبب می گردد تا سرعت آن نسبت به میکروکنترلرهای CISC تا۱۰ برابرهم افزایش یابد.
خانواده میکروکنترلرهای AVR تراشه هایی پیشرفته با امکانات جانبی کامل هستند.زمانیکه شروع به یادگیری مفاهیم اصلی آنها نمایید ٬لذت فراگیری تمام جزئیاتشان آغازمی شود. میکروکنترلرهای AVRبه سه دسته تقسیم می شوند:
۱٫(ATtiny)Tiny AVR
۲٫(AT90S)Classic AVR
۳٫(ATmega)Mega AVR
تفاوت بین این سه نوع به امکانات موجود در آنها مربوط می شود.Tiny AVRها غالبا تراشه هایی با تعداد پایه و مجموعه دستورات کمتری نسبت به Mega AVRها می باشند و به عبارتی ازلحاظ پیچیدگی حداقل امکانات را دارند.Mega AVRها حداکثرامکانات را دارند و Classic AVRها جایی بین این دو نوع قرار می گیرند.البته از آنجایی که ازبین سه دسته ذکرشده lassic AVRقبل ازدو گروه دیگر تولید شده اند٬امروزه در طراحی های جدید کمترازآنها استفاده می شود وعملا هر یک از آنها با تراشه ای ازگروه Mega AVRیاTiny AVR جایگزین شده اند.
در جدول ۱–۲ بعضی ازانواع میکروکنترلرهای AVR که برای طراحی های جدید استفاده
نمی شوند٬همراه با جایگزین های مناسب برای آنها آورده شده است.
ممکن است با مشاهده اسم میکروکنترلرهای AVRاین سوال برای شما مطرح شود که این اسم چه اطلاعاتی را در بر دارد.اولین قسمت اسم(ATmega,AT90S,ATtiny)بیانگرنوع میکروکنترلر است.بعد از این قسمت یک عدد باقی می ماند. در صورتی که از سمت چپ عدد باقی مانده بزرگترین توان دو را انتخاب کنید مثال(۱۶=۲^۴ ۱۶۲)در این صورت عدد انتخاب شده میزان حافظه FLASHدرآن میکرو را بیان می کند.