فهرست:

– مقدمه....................................................................................................2

فصل اول :

– اساس كاردستگاههای اندازه‌گيری......…………….…......………........……....3

– اساس کارکنتورالقایی تکفاز..........................................................................5

فصل دوم :

–آشنایی با میکروکنترلرهای AVR .................................................................6

– مشخصات میکروکنترلرATmega16...........................................................9

– مشخصات میکروکنترلرATmega8...........................................................11

فصل سوم :

EEPROM – های خانواده AT24CXX..........................................................13

– ارتباط سریال دو سیمه I2C) یا (TWI...........................................................15

– صفحه کلید ماتریسی ................................................................................16

فصل چهارم :

–برنامه نرم افزاری شارژر.........................................................................17

–طرح شماتیک سخت افزارشارژر................................................................25

– برنامه نرم افزاری کنتور..........................................................................26

– طرح شماتیک سخت افزارکنتور..................................................................31

 

 

 

 

 

 

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 كار دستگاههای اندازه‌گيری:

اساس كاركليه دستگاههای اندازه‌گيری عقربه‌ائی براساس تأثيرميدان روي سيم حامل جريان است كه مكانيسم آنها با هم فرق دارد. دردستگاه اندازه‌گيری با قاب گردان كه در داخل ميدان قرار گرفته دراثر عبورجريان(به نسبت جريان ورودي) عقربه حركت خواهد نمود و برای اينكه با سرعت حركت نكند از يك خفه كن استفاده می ‌شود بنام آمپر يا دمفينگ.

نامگذاری دستگاه ها با توجه به مکانیزم آنها می باشد .مثلا اندکسیونی٬ قاب گردان٬ حرارتی٬ دینامیکی... که از شرح جزئیات دستگاهها صرفنظر می شود.

كنتورهای اندازه‌گيری الكتريكی

كنتوروسيـله‌اي است جهـت سنجش انـدازه‌گـيری انرژی مصرفی برق كه قدرت مصرفی را نسبت به زمان ثبت می ‌نمايد. و واحد آن اگرP كيلووات و t ساعـت بـاشـد.

W = P.t ژول = وات ثانيه

چون واتهای مصرفی نسبت به زمان ثانيه خيلی خيلی زياد است لذا با واحد بزرگتركيلووات ساعت سنجيده خواهد شد و اعدادی كه نمراتوركنتورنشان می‌دهد براساس همين واحد است.

وات ثانيه

انواع كنتور: كنتورها با توجه نوع برق مصرفی به دو دسته تقسیم می شوند:

1-كنتورجريان مستقيم

2-كنتورجريان متناوب :

الف- کنتورواته یا موثر تکفاز

ب- کنتوردواته یا غیرموثر سه فاز

كنتورجريان متناوب واته كنتوری است كه مقدار انرژی مصرفی مفيد (وات) را مي‌سنجد.

كنتورجريان متناوب دواته كنتوری كه مقدار انرژی مصرفی غيرمفيد (دواته يا وار) را اندازه گرفته و به آن وارمتر نيز گويند. مجموع دو قدرت واته و دواته را قدرت ظاهری گويند كه بصورت برداری جمع می ‌گردد. که ولت آمپر واحد آن خواهد بود.

وسيله‌ائی كه قدرت ظاهری را اندازه بگيرد نداريم بنابراین ازدو وسيله ولتمتروآمپرمتراستفاده نموده و حاصل را در همديگر ضرب می ‌كنيم.

اگر دستگاهها سه فازه باشند اساس كاربرای سه فازه طراحي شده مثل سه كنتور تكفاز است.

البته اين فرمولها در جريان متعادل سه فاز صادق است و اگرنامتعادل باشد بايد جزبه جزاندازه گرفته شود و بعد با هم جمع شود. در اينجا به اساس كاركنتورتكفازمتناوب اكتفا می ‌كنيم.

قستمهای مختلف كنتور القایی تکفاز (مؤثر)

این نوع کنتور که بر اساس القای الکترومغناطیسی کار می کند شامل قسمتهای زیر است.

1-

بوبين ولتاژ

2- بوبين جريان

3- صفحه آلومينيمی دوار

4- چرخ دنده و محور

5- آهنربای دائم

6- شماره انداز

7- محفظه

 

شکل1-1

1.بوبین ولتاژ:سيم پيچ ولتاژ با تعداد دور بيشتر و قطر كمترنسبت به سیم پیچ جریان٬(ازسیم شماره 4 برای پیچیدن آن استفاده می شود )طراحی شده است که با بار موازی می شود.

2.بوبین جریان: این سيم پيچ جهت تحمل جريان‌هاي عبوري٬ با قطر بيشتر و دور كـمتر٬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.

3.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).

4.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.

5.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 كار كنتور

با توجه به شكل1-1 دركنتورازدوسيم پيچ اسـتفــاده شـده كه يكی سيم پيچ جريان با قطر بيشتر و دور كـمتر٬ جهت تحمل جريان‌هاي عبوري و دومي سيم پيچ ولتاژ با تعداد دور بيشترو قطر كمتر٬ جهت تحمل فـشـار الـكتـريكـي كه سيم پيچ ولتاژ هميشـه در مـدار اتـصـال دارد ولي تـا مـوقـعيكـه از سيم پيچ جريان بار گرفته نشود هيچگونه عكس 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 آلومینیومیمی 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 375 دور چرخش صفحه معادل یک کیلووات ساعت است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آشنایی مختصری با میکروکنترلرهای AVR:

AVR هامیکروکنترلرهای 8 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 1996این 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 داخلیاش 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٬ 32 رجیستر همه منظوره و مجموعه دستورات قدرتمندی را شامل می گردند.تمامی این 32 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 تا10 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:

1. (ATtiny)Tiny AVR
2. (AT90S)Classic AVR
3. (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 ذکرشدهlassic AVRقبل ازدوگروه 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 شدهاند.

در جدول 1–2 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(16=2^4 162)در این صورت عدد انتخاب شده میزان حافظه FLASHدرآن میکرو را بیان می کند.

 

جایگزین مناسب	تراشه قدیمی
ATtiny23213	AT90S1200
ATtiny2313	AT90S2313
ATtiny25	AT90S2323
ATtiny25	AT90S4433
ATmega8	AT90S8515
ATmega8515	AT90S8535
ATmega8535	ATmega103
ATmega128	ATmega161
ATmega16	ATmega163
ATmega32	ATmega323

جدول1–2

بنا برآن چه گفته شد,میکروکنترلرهای AT90S8535,ATtiny13,ATtiny25

ATmega32,ATmega161, به ترتیب دارای حافظه ,flash2و1و8و16و32 کیلو هستند.البته این قاعده یک استثنا هم دارد و آن میکروکنترلرATmega103می باشد که 128کیلو بایت حافظه Flashدارد.

علاوه بر این ممکن است در انتهای اسم میکروکنترلر پسوندی هم وجود داشته باشد مثل (ATtiny28V,ATtiny28L).تفاوت تراشه هایی که تنها پسوند اسامی آنها با هم اختلاف دارد٬در میزان قابل قبول برای ولتاژ تغذیه و محدوده مجاز فرکانسی کریستال مورد استفاده می باشد. پسوندهای V,Lرا می توان به ترتیب ٬مخفف عبارتهای LOW POWERوVery low power دانست.به این ترتیب شاید به توان برای یک میکروکنترلر نوعی ٬جدول 2– 2 را ارائه نمود.

 

 

اسم میکروکنترلر	محدوده ولتاژ تغذیه	فرکانس قابل قبول کریستال
میکروکنترلر AVR بدون پسوند	4 – 5.5V	0 – 16MHZ
میکروکنترلر AVR با پسوند L	2.7 – 5.5V	0 – 8MHZ
میکروکنترلر AVR با پسوندV	1.8 – 5.5V	0 – 4MHZ

جدول 2–2: مشخصات یک میکروکنترلر نوعی با پسوندهای مختلف

البته باید تاکید کنیم که مقادیرذکرشده برای تمامی میکروکنترلرها دقیقا صدق نمی کند و برای اطمینان از مقادیردقیق باید به برگه اطلاعات آنها مراجعه کنید.در حقیقت هدف از ارائه جدول 2–2 بیان این مطلب است که در انتخاب میکروکنترلر AVRدو ویژگی توان مصرفی کم و فرکانس کاری بالاتر در تضاد می باشند و بسته به شرایط باید بین این دو مصالحه ای صورت پذیرد.با توجه به تنوع میکروکنترلرهای AVR ممکن است این سوال مطرح شود که برای انجام یک پروژه کدام میکروکنترلررا انتخاب کنیم؟حقیقت اینست که اصول همه میکروکنترلرهای AVRیکی است و تفاوت آنها درمیزان حافظه موجود برروی تراشه و امکانات جانبی می باشد.وبه عنوان مثال در بعضی از انواع میکروکنترلرهای AVR ترتیب پایه ها مشابه 89C51است و می تواند به جای آنها در مدار به کاررود.علی رغم اینکه دراکثر AVRها حداکثر فرکانس داخلی 16 مگا هرتز است ولی در بعضی از انواع ٬مثلا(ATtiny13)حداکثرفرکانس تایمرتا 64مگا هرتزافزایش یافته است.علاوه براین دربعضی ازانواع AVRبسته بندی میکروکنترلربه صورت TQFP یا MLF موجود است که کار با آنها درمقایسه با بسته بندی PDIP خصوصا برای افراد غیرحرفه ای مشکل است.

با توجه به مطالب بالا لازم است تا قبل از انتخاب یک میکروکنترلر ,امکانات مورد نیاز خود در پروژه را مشخص نمایید و بعد آنها را با مشخصات و امکانات جانبی انواع میکروکنترلرهای AVRمقایسه کنید تا بتوانید با حداقل هزینه ٬بهترین مورد را انتخاب کنید.

یکی از ویژگی های جالب میکروکنترلرهایAVR در مقایسه با دیگرمیکروکنترلرها ٬فیوز بیتها هستند.فیوز بیتها همانطورکه ازاسمشان پیداست فیوزبیتهایی هستند که در زمان برنامه ریزی تراشه قابل برنامه ریزی هستند و هر یک می تواند یکی از امکانات جانبی میکروکنترلر را فعال یا غیر فعال کندو یا نحوه استفاده از آن را مشخص نماید.ضمنا فیوز بیتها با پاک کردن میکرو پاک نمی شوند و حتی می توان آنها را قفل نمود.

 

 

 

خصوصیات ATmega16:

دارای 131 دستورقدرتمند است که اکثرآنها در یک سیکل ساعت اجرا می شوند.

حافظه:

16k بایت حافظهflash قابل برنامه ریزی.

مجهز به قسمت boot loader .

512 بایت حافظه EEPROMداخلی.

1k بایت حافظه SRAM داخلی.

قفل قابل برنامه ریزی برای امنیت نرم افزار.

امکانات جانبی:

ارتباط JTAG شامل اسکن کردن امکانات جانبی ٬پشتیبانی از دیباگ کردن تراشه و برنامه ریزی حافظه های Flash,EEPROMفیوزبیت های قفل.

دو تایمر /کانتر 8 بیتی با تقسیم کننده فرکانسی مجزا و دارای مد compar.

یک تایمر /کانتر 16 بیتی با تقسیم کننده فرکانسی مجزا و دارای مد هایcompar,capture.

دارای RTC(real–time clock).

چهار کانال PWM.

8 کانال ,ADC10بیتی.

8 کانال تک پایه .

7 کانال تفاضلی در بسته بندی TQFP.

2 کانال تفاضلی با بهره قابل تنظیم1X,10X,و20X.

ارتباط سریال دو سیمه(Two wire).

USARTسریال قابل برنامه ریزی.

ارتباط سریال SPIبه صورت slave/master.

Watchdog قابل برنامه ریزی با اسیلاتور مجزای داخلی .

مقایسه کننده آنالوگ داخلی.

 

دارای شش مد sleep :

Idle,ADC Noise reduction,Power–save,Power–down,Standby,Extended standby

ولتاژهای عملیاتی:

V2.7 تا v5.5 برای ATmega16L.

V4.5 تا V5.5 برای ATmega16.

فرکانس های کاری:

MHZ0 تا MHZ8 برای ATmega16L.

MHZ0 تا MHZ16 برای ATmega16.

خطوط I/O وانواع بسته بندی :

32 خط ورودی/خروجی قابل برنامه ریزی.

40 پایه در نوع PDIPو44 پایه در انواع TQFP,MLF.

 

خصوصیات 8ATmega: