รายงานโครงงานหมายเลข EE 2003 -70

วตตมเตอร

นายชวลต ราชบญม เลขประจาตว 443040134-5 นายบญชวย มณรตนาพร เลขประจาตว 443040167-0

รายงานนเปนรายงาน งานโครงการของนกศกษาชนปท4 ซงเสนอเปนสวนหนง

ในหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน พ.ศ.2546

Project Report No. EE2003-70

WATTMETER

Mr. Chawalit Ratboonmee ID 443040134-5 Mr. Boonchuay Manerutanaporn ID 443040167-0

This is the report of fourth year project assignment submitted in partial Fulfillment of the requirement for the Degree of Bachelor of Engineering

Department of Electrical Engineering

Faculty of Engineering, Khon Kaen University 2003

กตตกรรมประกาศ

โครงงานนเปนโครงงานเกยวกบการนาความรทางดานไฟฟาแขนงตางๆ มาประยกตในการออกแบบและสร

างเครองมอวดกาลงไฟฟา ซงโครงงานนสาเรจลลวงไปดวยดโดยไดรบความอนเคาะหจากทานอาจารย ดร. กฤษ เฉยไสย ทใหคาปรกษา คาแนะนา เกยวกบโครงงานทงหมด ททาใหเกดแนวความคดในการทาโครงงานขนมากมาย ทงในสวนของเอกสารประกอบการทดลอง วชาการ และการปฎบต จนทาใหโครงงานไดถงจดน

พรอมกนนไดขอขอบพระคณตอเจาหนาทควบคมการเบกจายอปกรณและเครองมอของภาควชาวศวกรรมไฟฟาทกทาน ทไดหใหความสะดวกในการเบกจายอปกรณ รวมทงขอขอบคณตอเพอน ๆ และผมสวนเกยวของทกทาน ทชวยใหคาแนะนาเกยวกบโครงงานนเปนอยางด

นายชวลต ราชบญม นายบญชวย มณรตนาพร

บทคดยอ

โครงงานนไดทาการศกษาและสรางเครองมอวดพลงงานไฟฟา ซงควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร ซงตวไมโครคอนโทรลเลอรทใชคอ AVR -Atmega 32

โดยทไมโครไมโครคอนโทรลเลอรจะรบคาจะรบคาอนาลอกมา 2 คา คอตวตรวจจบแรงดนและตวตรวจจบกระแสและมาแปลงเปนสญญาณดจตอลโดยไมโครไมโครคอนโทรลเลอรซงภายในตวไมโครคอนโทรลเลอรจะมฟงกชนการแปลง ภายในและเมอไมโครคอนโทรลเลอรรบคาแลวจะทาการคานวนคากาลงไฟฟา คาแรงดนไฟฟาและคากระแสไฟฟาแลวจงแสดงผลออกทางจอแสดงผล LCD

ในรายงานฉบบนไดมงเนนศกษาเกยวกบการใชงาน Microcontroller AVR - Atmega 32 แลวนาไปใชทาเครองมอวดกาลงไฟฟาใหโหลด

ABSTRACT

The purposes of the project are to study, design and build a watt meter. The watt meter is controled by microcontroller AVR – Atmega32

The microcontroller AVR – Atmega 32 will received analog ‘ s data from two senser and convert analog ‘ s data to digital data by function ADC , this function is in AVR – Atmega32. When mivrocontroller converted data already , two digital ‘ s data will be calculated and the results are show on an LCD using a microcontroller program. The senser that used in this project is current senser and voltage senser

This report define about educate concern using microcontroller’s working AVR – Atmega 32 and method to measure the power of resistive load.

สารบญ

หนา

กตตกรรมประกาศ ก บทคดยอภาษาไทย ข บทคดยอภาษาองกฤษ ค สารบญ ง สารบญรป ฉ สารบญตาราง ช บทท 1 บทนา 1

1.1 ความสาคญและทมา 1 1.2 วตถประสงค 1 1.3 ขอบขายของโครงการ 1

1.4 แนวทางการดาเนนนาน 2 1.5 แผนการดาเนนงาน 3 บทท 2 ทษฎพนฐาน 4

2.1 ไมโครคอนโทรลเลอร 4 2.2 จอแสดงผล 6

บทท 3 การออกแบบ 8

3.1 การตรวจจบสญญาณแรงดน 8 3.2 การตรวจจบกระแส 9

บทท 4 การออกแบบโปรแกรม 11 บทท 5 การทดลองและสรปผลการทดลอง 13

5.1 ผลการทดลองตวตรวจจบแรงดน 13 5.2 ผลการทดลองตวตรวจจบกระแส 14 5.3 ผลการทดลองโวลตมเตอร 15 5.4 ผลการทดลองแอมปมเตอร 17 5.5 ผลการทดลองวตตมเตอร 19 5.6 สรปผลการทดลอง 21 5.7 สรปปญหาและขอเสนอแนะ 21

สารบญ (ตอ)

หนา ภาคผนวก ก. โครงสรางภายนอกและตาแหนงขาของ Mega32 ก-1 ภาคผนวก ข. การใชงานโปรแกรมตางๆ ข-1 ภาคผนวก ค. รายละเอยดโปรแกรม ค-1 ภาคผนวก ง. รายละเอยดอปกรณ ง-1

สารบญรป

หนา

รปท 2.1 Block diagram 4 รปท 2.2 จอแสดงผล LCD 6 รปท 2.3 การแสดงการตอ LCD แบบ 8 บต 7 รปท 3.1 วงจรการทางานของ Voltage Sensor 8 รปท 3.2 ลกษณะของ Current Sensor 9 รปท 3.3 การตอ Current Sensor ใชงาน 9

รปท 3.4 วงจรตอใชงานผานเซนเตอรแทบ 10 รปท 4.1 แสดงโฟชารทของโปรแกรม 11 รปท 4.2 โฟชารทในสวนของอนเตอรรพ 12 รปท 5.1 รปสญญาณตวตรวจจบแรงดน 13 รปท 5.2 เมอไมมการตอผานเซนเตอรแทบ 14 รปท 5.3 เมอมการตอผานเซนเตอรแทบ 14 รปท 5.4 แสดงการวดคาของแรงดนมเตอรทสรางเปรยบเทยบกบมลตมเตอร 15 รปท 5.5 กราฟทไดจากการวดของโวลตมเตอร 17 รปท 5.6 แสดงการตอในการวดกระแสของมเตอรทสรางขน 17 รปท 5.7 กราฟทไดจากการวดของแอมมเตอร 19 รปท 5.8 แสดงการตอในการวดกาลงงานไฟฟา 19 รปท 5.9 กราฟทไดจากการวดวตตมเตอร 20

สารบญตาราง

หนา

ตารางท 1.1 แผนการดาเนนงาน 3 ตารางท 5.1 การเปรยบเทยบการวดคาของโวลตมเตอร 16 ตารางท 5.2 การเปรยบเทยบการวดคาของแอมมเตอร 18 ตารางท 5.3 การเปรยบเทยบคาวตตมเตอร 20

บทท 1 บทนา

1.1 ความสาคญและทมา ในปจจบนน คงไมสามารถปฎเสธไดวาแทบทกคนจาเปนตองใชเครองใชไฟฟาเพอใชในการดารงชวตในแตละวนเพยงแตวาจะใชมากใชนอยแคใหนกแลวแตความจตองการของแตละบคคล และสงทจะทาใหเราไดรวาใชไฟฟามากนอยแคใหนกคอกาลงไฟฟาทใช หรอพลงงานไฟฟาทใช จงไดมการผลตเครองมอสาหรบวดกาลงมาใชหรอพลงงานขนมาใช เครองวดกาลงไฟฟามอยมากมายหลายชนด ซงแบงประเภทลกษณะการทางานของสญญาณไฟฟาจะสามารถแบงออกเปน 2 ประเภทใหญๆคอ แบบอนาลอก (Analog)และแบบดจตอล (Digital)

โดยทวไปเครองวดปรมาณไฟฟาแบบอนาลอกทพบเหนกนเปนสวนใหญคอเครองวดแบบเขมช สวน เครองวดทเปนดจตอลจะแสดงออกมาเปนตวเลข ซงเปนการงายในการอานคาปรมาณไฟฟา ซงจะเหนวาเครองวดชนดนสรางไดหลายแบบ มวธการสรางอกแบบหนงทนาสนใจและจะนามาเสนอคอ การใชไมโครคอนโทรลเลอรมาเปนอปกรณหลกในการสราง Wattmeter ซงมขอดกคอ ประหยดคาใชจายนอยลง เพราะอปกรณสวนมากทจะใชอยในตวไมโครคอนโทรเลอร ซงไมโครคอนโทรเลอรมราคาถกมาก 1.2 วตถประสงค 1. ศกษาการทางานของ Microcontroller ( AVR mega 32 ) 2. สราง เครองวดกาลงไฟฟาสาหรบโหลดทเปน Resistive load โดยใชไมโครคอนโทรลเลอร 3. ศกษาการทางานของจอแสดงผล LCD Module 4. ศกษาการทางานของ Analog to Digital และการรบคา A/D เพอไปประมวลผล และสงคาทประมวลผลไปยงจอ LCD 5. ศกษาการทางานของตวตรวจจบสญญาณแรงดนและกระแส 1.3 ขอบขายของโครงการ 1. เขยนโปรแกรมประมวลผลคากาลงไฟฟาสาหรบโหลดทเปน Resistive load และแสดงผลโดยจอ LCD 2. ศกษา , ออกแบบวงจรตรวจจบกระแสและแรงดน 3. สรางและทดสอบ เครองวดกาลงไฟฟาสาหรบโหลดทเปน Resistive load

1.4 แนวทางการดาเนนงาน ในโครงการนจะแบงการทางานออกเปนสองสวนใหญๆ คอสวนแรกจะเปนไมโครคอนโทรลเลอรซงไมโครคอนโทรลเลอรจะมทงอารดแวรและซฮฟแวรในสวนของฮารดแวรจะเปนการสรางวงจรการทางานใหตว ไมโครคอนโทรเลอรทางานคอใหมนคอมไพลโปรแกรมได สวนทางดานซอฟแวรจะทาการศกษาการเขยนโปรแกรมใหตวไมโครคอนโทรลเลอรทางานโดยใชภาษา C ในการเขยนโปรแกรม สวนทสองจะเปนการศกษาตวตรวจจบแรงดนและตวตวตรวจจบกระแสและวงจรจายไฟเลยง

1.5 แผนการดาเนนงาน ตารางท 1.1 แผนการดาเนนงาน

เดอน / ป กจกรรม ม.ย.46 ก.ค.46 ส.ค.46 ก.ย.46 ต.ค.46 พ.ย.46 ธ.ค.46 มค.47 ก.พ.47

Pre – Project

ภาคการศกษาตน 1.ศกษาการทางานของ Mricrocontroller 2.ศกษาการทางานของจอแสดงผล LCD 3.สรปรายงานเตรยมโครงงาน

Project ภาคการศกษาปลาย

4.ศกษาการรบอนพท A/D ของ Microcontroller 5.สรางวงจร Current Sensor ละ Voltage Sensor 6.ทดลองใชงานจรง 7.ปรบปรงประสทธภาพ 8.สรปรายงานโครงงาน

บทท 2 ทฤษฎพนฐาน

ในการสรางวตตมเตอรสามารถแบงการดาเนนการและการออกแบบทสาคญไดดงน

1. การตรวจจบสญญาณแรงดนและสญญาณกระแส 2. การแปลงสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล A/D 3. ชดควบคมแสดงผลโดยใชไมโครคอนโทรลเลอร ( AVR )

ซงภายใน 3 สวนนสามารถนามาเขยนเปนบลอกไดอะแกรม ( Block Diagram) ไดดงรป 2.1

รปท 2.1 Block diagram

จากรปท 2.1 สามารถทจะอธบายหลกการทางานของเครองวตตมเตอรอยางงายๆ ไดดงนเมอนาโหลดมาตอในวงจรจะมกระแสผานโหลด จะทาใหตวตรวจจบแรงดนและตวตรวจจบกระแสทางานพรอมๆกนคอมนจะทาการตรวจจบกระแสและแรงดน สญญาณทตรวจจบไดนนมนจะเปนสญญาณอนาลอกอย และมนจะถกมาแปลงเปนสญญาณดจตอลเมอทาการแปลงสญญาณเสรจเรยบรอยแลวสญญาณทไดจะเขามาอยในตวคอนโทรลเลอร จากนนคอนโทรลเลอรกจะทาการประมวลผลจากนนแลวนาคาทไดสงแสดงออกทางจอแสดงผล LCD 2.1 ไมโครคอนโทรลเลอร ในโครงการนจะใชไมโครคอนโทรลเลอรของ Atmega32 เปนไมโครคอนโทรลเลอร(MCU) ทไดรวบรวมอปกรณสนบสนนการทางานของ CPU ไวมากมาย อาทเชน Analog to Digital, SPI , UART , Timer , Counter , PWM ซงอปกรณสนบสนนการทางานเหลานทาให MCUสามารถทางานไดกวางและใชอปกรณตอรวมจากภายนอกนอยมาก และ สามารถประมวลคาสงไดภายใน 1 clock ในบทนจะนาเสนอขอมลบางสวนทเปนการทางานภายในของ AVR - MCU แนะนาคณสมบตเเละขาตอใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร สถาปตยกรรมภายในและรจสเตอรใชงานทวไป ตาแหนง I/O รจสเตอรสถานะและการใชงาน EEPROM

การรเซตและการอนเตอรรพท การสอสารอนกรม การเปรยบเทยบสญญาณอนาลอกและการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล การทางานของพอรตอนพต/เอาทพต การทางานของTimer / Counter & Watch dog และการใชกลมคาสงตาง ๆ 1. คณสมบตและขาตอใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร

1.1 สถาปตยกรรมภายในถกออกแบบใหใชสถาปตยกรรมแบบ RISE (Reduce Instruction Set Computer) RISE คอ ทาใหการประมวลผลมความเรว 1 คาสง / 1 Clock หรอ CPU สามารถประมวลคาสงได 1 MIPS / MHz

1.2 มคาสงในการควบคมการทางานของไมโครคอนโทรลเลอรจานวน 118 คาสง 1.3 หนวยความจาแบบ FLASH สาหรบบนทก PROGRAM MEMORY ขนาด 32 Kbytes

(ATMEGA 32) 1.4 หนวยความจาแบบ EEPROMสาหรบบนทก DATA MEMORY ขนาด 1024 Byte (ATMEGA 32) 1.5 หนวยความจาแบบ RAM ขนาด 2K Byte (ATMEGA 32) 1.6 ระบบการเปลยนสญญาณ ANALOG TO DIGITAL ขนาด 10 บท จานวน 8 CHANNEL 1.7 ความถสญญาณนาฬกา 0 - 16 MHz (ATMEGA 32)

1.8 ระบบการตรวจจบระดบสญญาณอนาลอก(Analog Comparator) 1.9 TIMER/COUNTER ขนาด 16 บท 1 CHANNEL 1.10 TIMER/COUNTER ขนาด 8 บท 2 CHANNEL

1.11 Vcc: 4.5 - 5.5 for ATMEGA 32

2. คณสมบตการแปลงสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล 2.1 10 – bit Resolution 2.2 0.5 LSB Integral Non – linearity 2.3 65 – 260 us Conversion Time 2.4 Up to 15 KBPS at Maximum Resolution 2.5 8 Multiplexed Single Ended input Channels 2.6 0 – Vcc ADC input voltage rang 2.7 Free running or Single Conversion Mode 2.8 Interrupt on ADC Conversion complete

ใน Atmega 32 จดใหมวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลขนาด 10 บต 8 Channel ซงแตละ Channel จะรบสญญาณเขามาทางแตละขาของพอรต A โดยในระบบจะมวงจร SAMPLE HOLD เพอชวยใหสญญษาณอนาลอกทรบเขามาเพอแปลงเปนสญญาณดจตอลมระดบสญญาณคงท

โดยวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตตอลจะมแหลงจายไฟและกราวคแยกกนตางหากจากแหลงจายไฟของระบบ ซงงในการใชงานจรงไมควรใหความแตกตางของแรงดนไฟของวงจรอนาลอกและแรงดนไฟของระบบแตกตางกนเกน +/- 0.3 V. ซงในการใชงานจะตองจายแรงดนไฟอางองและกราวดทขา AREF ในชวงของระดบแรงดน Avcc – GND

การทางาน ในสวนของการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล สามารถแบงการทางานได 2 Mode คอ 1. Single Conversion Mode 2. Free Running Mode ในการทางาน Single Conversion Mode ผใชตองเปนผกาหนดการใชงานขนเอง แตในสวนของ Free Running Mode วงจร Analog to Digital จะเปนตวจดการและอานขอมลและเกบใน ADC Data Register ซง บท ADFR ใน Register ADCSR จะเปนทใชเลอกโหมดการใชงานของวงจร Analog to Digital 2.2 จอแสดงผล LCD ทใชเปนแบบ 16 ตวอกษร 2 บรรทดซงมลกษณะดงรปท 2.2

รปท 2.2 จอแสดงผล

การตดตอกบ LCD Module มอยดวยกน 2 แบบ

1. แบบ 8 บต 2. แบบ 4 บต

ซงในโครงงานนซงจะใชการตอ LCD Module แบบ 8 บต ซงจะแสดงการตอดงในรปท 2.3

รปท 2.3 การแสดงการตอ LCD แบบ 8 บต

บทท 3 การออกแบบ

3.1 การตรวจจบสญญาณแรงดน

1. ตวตรวจจบสญญาณแรงดน ( Voltage sensor ) ใชหลกการงายๆ ในการทาโดใชหลกการของ Divider แรงดนใหมคาทไมโครคอนโทรลเลอร

สามารถทางานได โดยใชหมอแปลง 6 Vac เปนแหลงจายและใชความตานทานปรบคาได 20 KΩ ในการ Divider แรงดนใหไดประมาณ 2.5 Vac เมอไดแรงดน 2.5 Vac ตอ center tapให รปคลนทออกมาอยในซกบวกเพราะไมโครคอนโทรลเลอรจะรบ ADC ไดใน Cycle บวกเทานน การตอ Center tab ใหไฟเอซ โดยตอไฟ 2.5 Vdc โดยตอความตานทาน Divider 2 คา คอ 10 KΩ จะไดแรงดน 2.5 Vdc รปคลนทไดจะเปนรปคลน sine ทม DC ปนวงจร Voltage Sensor

รปท 3.1 วงจรการทางานของ Voltage Sensor

.2 ตวตรวจจบกระแส ( Current Sensor ) ในการตรวจจบสญญาณของกระแสไฟฟาซงในโครงงานนคอเราจะใช Current Sensorสาเรจรปซงมอตราการลดทอน 100 : 4 ซงรปของ Current Sensor สามารถทจะแสดงไดในรปท 3.2

รปท 3.2 ลกษณะของ Current Sensor

รปท 3.3 การตอ Current Sensor ใชงาน

จากรปท 3.4 ถาเอานไมโครคอนโทรลเลเพราะฉะนนจงตองมไมโครคอนโทรลเลอ

รปท 3.4 วงจรตอใชงานผานเซนเตอรแทบ

สโคบมาจบทจด A รปคลนทไดมนจะเปน Sine wave มทงซกบวกและซกลบซงรปคลนทไดอรไมสามารถตรวจจบคาไดอยางถกตองเพราะไมโครคอนโทรลเลอรมนจะทางานแตซกบวก การตอเซนเตอรแทบเพอยกระดบแรงดนขนไปดานซกบวก แลวจะทาใหรประมวลผลไดอยางถกตอง

บทท 4 การออกแบบโปรแกรม

Start Program

S

N

โปรแกรมมนจะทาการ SET คาตาง ๆ ทเราตงไวคอ SET พอรต SET จอแสดงผล LCD SET อนเตอรรพและไทมเมอร

Set port, LCD Interrupt

tart Interrupt

=>Sampling

Y

N

บลอกนจะกลาวในรปท 3.2

คานวณหา V , I , W

Display สวนนจะแสดงผล

รปท 4.1 แสดง

สวนนโปรแกรมจะทาการคานวณหาคา V, I, W ซง หาไดจากสตรดงน

V rms = 1 / T √ 1 Σ T v 2

I rms = 1 / T √ 1 Σ T i 2

W = V rms * I rms

เปนการนาขอมลทมนคานวณไดออก

โฟชารทของโปรแกรม

Timer Interrupt

I /P ( I ) I/P ( v )

N >= SAMPLING

RETI

N

Y STOP

END

รปท 4.2 โฟชารทใ

สวนนจะเปนการรบคาอนาลอกเขามาเพอทาการแปลงเปนดจตอล คาทรบมาจะรบพรอม ๆ กนทงสองคาโดยจะรบเขามาทางพอรต A คอ Channel 0 และChannel 1

สวนบลอกนจะเปนการบวกคาทงสองเพมขนไปเรอยๆจนกวาถง SAMPLING ทเรากาหนด

ในบลอกน N คอจานวนของ SAMPLINGคอมนจะรบคามาทละคา

Interrupt

นสวนของอนเตอรร

สวนนหมายถง N เทากบจานวน SAMPLING มนจะหยดการ อนเตอรรพ ถายงไมครบกจะรอรบคาไปเรอย ๆ จากนนกจะหลดออกไปจากloopแลวไปทาloopอนตอ

V1 = V1 + V I 1 = I 1 + I

N = N + 1

พ

บทท 5 การทดลองและสรปผลการทดลอง

เพอทจะดวาเครองมอวดทสรางขนจะวดแรงดน กระแสและ Wattmeter ไดถกตองหรอไมเพยงใด จงได ทดลองวดคาตาง ๆ ดงน 5.1 ผลการทดลองตวตรวจจบแรงดน ในไมโครคอนโทรเลอร ADC จะรบไดใน Cycle บวกเทานน ฉะนนจงตอ Center tap ใหไฟเอซจงจะทาใหไดรปคลนดงรปท 5.1

รปท 5.1 รปสญญาณตวตรวจจบแรงดน

5.2 ผลการทดลองตวตรวจจบกระแส

รปท 5.2 เมอไมมการตอผานเซนเตอรแทบ

รปท 5.3 เมอมการตอผานเซนเตอรแทบ

5.3 ผลการทดลองโวลตมเตอร เปนการนาเครองวดทสรางขนมาวดเปรยบเทยบกบโวลตมเตอร ทใชในหองLAB โดยการตอความ

ตานทานแบบดไวเดอรกบแหลงจายไฟ 220 V. ใชมเตอรวดครอมความตานทาน ( Resister) ทละตวเทยบกบมเตอรทสรางขนดงรป 5.4

รปท 5.4 แสดงการวดคาของแรงดนมเตอรทสรางเปรยบเทยบกบมลตมเตอร

ตารางท 5.1 การเปรยบเทยบการวดคาของโวลตมเตอร

คาจากมลตมเตอร คาวดมเตอรทสรางขน error %

23.4 23.6 -0.85 28.95 29.5 -1.89 33.43 32 4.28 43.5 42.65 1.95 66.23 72.3 9.16

74 78 -5.45 86.5 90.76 -4.92 107.2 114 -6.34 130.5 142.5 -9.19 135 147.5 -9.92 163 179 -9.81

191.8 205.7 -7.24 222.64 222.6 0.01

สตรทใชในการคานวณ คา Error ( % ) = คาจรง - คาทวดได * 100 คาจรง

จากตารางจะเหนวาคาทวดไดกบคาทคานวณม Error นอยกวา + 10% ซงเปนคาทยอมรบได

สตรในการคานวน

รปท 5.5 กราฟทไดจากการวดของโวลตมเตอร จากรปกราฟจะเหนวาเปนกราฟท Linear ซงมคา Error อยบางและคาทวดไดจะมคาตงแตประมาณ 20V – 220V คาทนอยกวา 20 V เครองวดทสรางขนกจะวดคาไมถกตองอาจจะม Error เยอะกวา + 10 %

สรป การวดคาของโวลตมเตอรเครองมอวดสามารถวดคาไดถกตองโดยดจากกราฟ กราฟจะเปนLinear 5.4 ผลการทดลองแอมปมเตอร การวดกระแสของมเตอรทสรางขนโดยการตอ Load แลวใชแอมมเตอรทใชในหอง LAB วดเปรยบเทยบกบแอมมเตอรทสรางขนโดยเปลยน Load ในการวดคาตาง ๆ ไปเรอยๆ ดงรปท 5.6

รปท 5.6 แสดงการตอในการวดกระแสของมเตอรทสรางขน

ตารางท 5.2 การเปรยบเทยบการวดคาของแอมมเตอร

โหลด R (Ω) กระแสจากมลตมเตอร ( A ) กระแสจากมเตอรสราง ( A )

Error %

22 0.420 0.419 0.12 31 0.465 0.461 0.43 47 0.306 0.298 1.3 62 0.239 0.224 3.23 68 0.202 0.220 -4.26 78 0.179 0.196 -4.5 91 0.172 0.151 6.5

97.5 0.136 0.159 -7.7 117.5 0.109 0.132 -9.5 124 0.127 0.102 10

จากตารางท 5.2 สตรในการคานวณ %Error คอ % Error = คาจรง - คาทวดได * 100 คาจรง

จากตารางจะเหนวา Error ทไดจะมคาไมเกน + 10 %ถอวายอมรบไดคา % Error มคามากในชวงกระแสตา ๆ จะมคา %Error มากและชวงทมกระแสสงจะวดไดถกตองเพราะคา %Error มคานอย

รปท 5.7 กราฟทไดจากการวดของแอมมเตอร

จากกราฟท 5.7 คาทไดในชวง 0.1 - 0.2 A จะเพยน ถกบางไมถกบางแตคาทวดจาก 0.2 - 0.5 A จะมคาถกตองทสด 5.5 ผลการทดลองวตตมเตอร

คาทไดจากการคานวณโดยการวดคาโวลตและแเอมปทวดจากโหลดมาคานวนจากสตร watt = V ทวดได * I ทวดได กจะไดวตตจรงเทยบกบวตตมเตอรทสรางขน

รปท 5.8 แสดงการตอในการวดกาลงงานไฟฟา

ตารางท 5.3 การเปรยบเทยบคาวตตมเตอร

โหลด (Ω) คาคานวณวตตมเตอร (W)

คาวตตมเตอรทสราง (W )

Error (%)

R150 24.2 22.9 2.76 R120 28.6 25 6.7 R117 28.6 26 4.76 R91 37.4 34.7 3.74 R68 48.4 47.57 0.86 R47 68.2 65.7 1.86 R32 103.4 104 -0.29

หลอด 25W 25 22.9 2.29 หลอดไส 100W 100 100.9 -0.45

จากตารางท 5.3 สตรในการคานวณกาลงไฟฟาคอ watt = V ทวดได * I ทวดได คาทวดไดจากตารางจะเหนวาม Error นอยกวา + 10 % ถอวาคาทวดยอมรบได คาทวดไดจะเพยนในชวงกาลงไฟฟาตาและชวงกาลงไฟฟาสงจะวดไดอยางถกตองยงขน

รปท 5.9 กราฟทไดจากการวดวตตมเตอร

5.6 สรปผลการทดลอง เครองวดกาลงไฟฟาทสรางขนมานเปนการนาเอา Current Sensor และ Voltage Sensor มาเปนตวตรวจจบสญญาณใหกบไมโครคอนโทรลเลอรในโครงการนใชไมโรคอนโทรลเลอรเปนตวคานวนคาของ กาลงไฟฟา , แรงดนไฟฟา , กระแสไฟฟา ซงสามารถวดกาลงโหลด ทเปนโหลด Resister ไดตงแต 10 W – 100 W โดยโหลดทเปน Resister เชนหลอดไฟซงแรงดนทวดไดตงแต 20 – 220 Vac ( rms ) และกระแสอยในชวงประมาณ 0.15 - 0.5 A ซงคาทวดไดเมอนาไปเปรยบเทยบกบคาทวดจากมเตอร และคาการคานวณ ( การคานวณใชมเตอรวดคา 2 คาในการคานวณ ) จากการทดลองวดคาตาง ๆ ของมเตอรทสรางขนกพบวามคาความคลาดเคลอนนอยกวา + 10 % ซงกถอวายอมรบได Current Sensor เปนตวตรวจจบสญญาณใหกบไมโครคอนโทรลเลอรซง Current Sensor ทใชเปนแบบสาเรจรปเมอตอ Current Sensor รปคลนทไดออกมาจะเปนรปคลนไซนซงมทงซกบวกและซกลบ แตไมโครคอนโทรลเลอรตองการแรงดนทขา ADC เฉพาะดานทเปนบวกเทานนจงตอ Output ของ Current Sensor เขากบ Center tap เพอยกระดบแรงดนใหรปคลนทางดาน Output ของ Current Sensor ยกระดบขนไปอยดานบวกอยางเดยวม Center อยท + 2.5 V. Voltage Sensor เปนตวตรวจจบสญญาณใหกบไมโครคอนโทรลเลอร ซงวงจรของ Voltage Sensor ใชหลกการของ Voltage Divider โดยใชหมอแปลง 200 / 6 V. แลวใชความตานทานปรบคาได 10 KΩ เอาทพตทตองการคอ 2.5 Vac แตสามารถปรบแอมปลจดได Output ทออกมาทาใหเรยบโดยตอ Capacitor เขาไปกอนจะยกระดบแรงดนโดยการตอผาน Center tap ( ทาไดโดยการตอไฟ + 5 V. ตอความตานทาน 2 ตว คาเทากนตอ Divider กจะได Center tap ) เพอยกระดบกอนเขา ADC เพอคานวณตอไป Microcontroller เปนหวใจหลกในการสรางวตตมเตอรซงในโครงงานนจะใชไมโครคอนโทรลเลอรของ Atmega 32 ( AVR ) ซงมนจะมหนาทรบคากระแสและแรงดนจากภายนอกมาทาการประมวลผลหรอคานวน แลวเอาคาทคานวณนนออกแสดงผลโดยทางจอ LCD คาสญญาณ ADC ทมนรบเขามานนมนจะเขามาทางพอรต A คอ PA0 และPA1 5.7 สรปปญหาและขอเสนอแนะ โครงงานถกสรางขนมาทละสวนเรมตงแตบอรดการทดลองของไมโครคอนโทรลเลอร( AVR Mega32 ) การศกษาโปรแกรมการใชงานจอแสดงผล LCD วงจรตรวจจบแรงดน วงจรตรวจจบกระแส ทงหมดนไดมการทดสอบและแกไขปรบปรงเมอเจอปญหาใหมคานอยทสดจงสรปดงน 1. วงจรตรวจจบกระแส ปญหาทพบจากตว Current Sensor คอขนาดของ Sensor คามาก CT 100 : 4 100 A จะออก 4 V ปญหาคอมเตอรทสรางวดคากระแสตาทาให Sensor ตรวจจบสญญาณไมได แกปญหาโดยการพนขดลวดรอบ Current Sensor ถง 85 รอบ และชวงทวดกระแสตา ๆ จะจบสญญาณไมไดเพราะไมสามารถพนรอบแกน Sensor ไดจงวดไดแคชวง 0.15A – 0.5A 2. วงจรตรวจจบแรงดน Output ของวงจรตรวจจบแรงดนไมเรยบแกปญหาโดยการตอ Capacitor กอนเขา Center tap

3. ปญหาในตวไมโครคอนโทรลเลอรกคอตองจดระดบแรงดนใหกบตวไมโครคอนโทรลเลอรใหอยางถกตองถาไมทาเชนนนอาจจะทาใหตวคอนโทรลเลอรทางานผดพลาดไดสาเหตทตองจดระดบแรงดนใหตวไมโครคอนโทรลเลอรกเพราะวามการใช ADC ภายในตองจดระดบใหมนเสมอ

4. ปญหาเรองสญญาณรบกวนทมารบกวนตวไมโครคอนโทรลเลอรปญหาทพบบอยๆ กคอมาจากสญญาณ ADC อาจจะเปนเพราะการรบกวนของอปกรณภายนอกเชน หมอแปลง คอมพวเตอรเปนตนวธแกคอโดยใชสายซลเปนตวนาสญญาณของกระแสและแรงดน

จดทาโดย

นายชวลต ราชบญม เลขประจาตว 443040134-5

นายบญชวย มณรตนาพร เลขประจาตว 443040167-0

อาจารยทปรกษาโครงการ อ.ดร.กฤษ เฉยไสย

ขนตอนการรายงาน

1 . โครงสรางวตตมเตอร2. การตรวจจบสญญาณแรงดน3. การตรวจจบสญญาณกระแส4. ไมโครคอนโทรลเลอร5. ชดแสดงผล6. ผลการทดลอง7. สรป

โครงสรางของวตตมเตอร

Vac

Voltage Sensor

Current Sensor LOAD

ไมโครคอนโทรเลอร

จอแสดงผล

ตรวจจบสญญานโดยใชหมอแปลง

ตรวจจบสญญาณโดยใช

Current transformers ( CT)

โดยใชจอ LCD module

R

220

รบสญญาณADC มา คานวณหนาเดม

เทคนคการตรวจจบสญญาณแรงดน

A

Bจดตอใชงานของ Voltage Sensorผาน Center tab

Out put ของ Voltage Sensor

รปคลนจด A เมอไมผาน Center tab

รปคลนจด B เมอผาน Center tab แลวหนาเดม

เทคนคการตรวจจบสญญาณกระแส

A

B

จด A คอoutputของcurrent sensor

จดตอใชงานของ current sensor

รปคลนจด B ไมเมอผาน Center tab แลว

หนาเดม รปคลนจด B เมอผาน Center tab แลว

ไมโครคอนโทรลเลอร

ในโครงงานนจะใชไมโครคอนโทรลเลอรของAtmega 32 ซงลกษณะโครงสรางมนม 40 ขาและมฟงกชนตางๆ มากมายอยในตวไมโครคอนโทรลเลอรฟงกชนทสาคญมากทสดกคอ ฟงกชนAnalog to Digital ซงมการใชงานดงน

การใชงาน Analog to Digital

1. จะใขการแปลงอนาลอกเปนดจตอลขนาด 10 บต2. วงจรตองการ 13 Clock ในการแปลง3.สญญาณทรบเขาจะเขามาทาง PORT A

SET Port,LCD

Display

Start

สวนนจะเปนการSET Port ทใชงาน SET LCD และก SET คา อนเตอรรพ

OKSampling V ,Iจนครบ 1 cycle

( 50 Hz )ในสวนนจะเปนการรบคา V และ I

คานวณ Vrms , Irms , W

หนาเดม

I / P ( I )I / P ( V )

N = N + 1

N > = N max

RETI

STOP INTERRUP

ในสวนนจะเปนการรบกระแสและแรงดน

ในสวนนจะเปนการเชคคา N max

ในสวนน N max = 255

เวลาในการ Interrupt = 0.78 msN

Y

สตรทใชในการคานวน

Timer interrupt

จอแสดงผล

จากรปเปนจอแสดงผลแบบLCD Module 16 * 2 ( Black Light )ซงการตอใชงานจะตอเปนแบบ 8 บต

หนาเดม

ผลการทดลอง

1. การทดอลองวดโวลตมเตอร2. การทดลองวดแอมมเตอร3. การทดลองวดวตตมเตอร

หนาเดม

กราฟทไดจากการวดโวลตมเตอร

กราฟทไดจากการวดแอมมเตอร

กราฟทไดจากการวดวตตมเตอร

ทดลองการวด LOAD ทเปนหลอดไฟอนแคนเดสเซนต 100 W.

สรป

1.ใชไมโครคอนโทรลเลอร ( AVR ) ในการสรางเครองมอวดได2.ราคาถกกวามเตอรทวไป3. สามารถแสดงผลเปนแบบดจตอล4.เปลยนแปลงการทางานไดงายสามารถแกไขไดทตวโปรแกรม5. โครงงานนสามารถวดไดทงแรงดน , กระแส , กาลงไฟฟา

สรปปญหาและขอเสนอแนะ

1. เครองวดกาลงไฟฟาสามารถวดไดเฉพาะโหลด R เทานน2. เครองวดกาลงไฟฟาสามารถวดกาลงไฟฟาไดสงสด 100 W.3. ปญหาเรองสญญาณรบกวน