Economisiți bani în aplicații inteligente de măsurare a energiei

4 SEPTEMBRIE 2017

Mary Tamar Tan de la Microchip Technology explică felul în care un modul de ceas și calendar în timp real poate reduce numărul de componente și costurile de programare în cazul dispozitivelor de măsurare inteligente și a altor aplicații. Mary Tamar Tan este Inginer de Aplicații la Microchip Technology.

Reducerea atât a numărului de componente necesare, cât și a costului legat de programare este un obiectiv pentru aproape orice proiect. De aceea, un ajutor pentru ambele chestiuni poate veni de la utilizarea unui modul de ceas și calen­dar de timp real (RTCC), care oferă păstrarea cu precizie a orei și datei și care este optimizat pentru un consum redus de energie cu intervenție minimă sau inexistentă a CPU.
Acest lucru poate furniza avantaje în aplicații precum ceasuri digitale cu alarmă și dispozitive inteligente de măsurare a energiei, acestea având o importanță în creștere, după cum din ce în ce mai multe țări utilizează rețele de alimentare inteligente.
Disponibil cu microcontrolere PIC de la Microchip, modulul este un ceas și calendar pe 100 de ani cu detecție automată a anului bisect. Domeniul merge de la prima secundă de la 1 ianuarie 2000, până la o secundă înainte de 31 Decembrie 2099 și utilizează un format de 24 de ore – de preferat decât formatul pe 12 ore AM și PM – cu o vizibilitate de până la 0.5s.
Alarma este configurabilă pentru 0.5, 1 și 10s, 1, 10 și 60 min, sau zi, săptămână și lună.
Figura 1 prezintă diagrama bloc a modulului. Acesta utilizează o sursă de ceas separată, provenind de la un cristal de cuarț extern oscilând la 32.768kHz de la oscilatorul secundar (SOSC) al T1OSC pentru unele dispozitive. Acest lucru permite modulului să continue să funcționeze chiar și când ceasul CPU este dezactivat pe durata modului de adormire adâncă (deep sleep).
Dispozitivul de pre-scalare 1:16384 al ceasului oferă utilizatorului o vizibilitate de 0.5s, care în schimb, permite temporizatorului RTCC să incrementeze valorile potrivite de secundă, minut, oră, zi, lună și an stocate în regiștri RTCVALx. Aceste valori sunt comparate cu valorile de alarmă stabilite de utilizator pentru a declanșa o întrerupere de alarmă atunci când apare o potrivire.

Figura 1: Diagrama bloc a modulului RTCC.

Valorile de alarmă sunt stocate în regiștri ALRMVALx. Dacă este nevoie de alarme multiple periodice, atunci, pentru a stabili intervalul între alarme, sunt utilizate măști de alarmă. Pinul RTCC poate trimite în afară fie secundele fie un puls de alarmă la jumătatea frecvenței alarmei, în funcție de setările configurate.
Pentru a simplifica firmware-ul, interfața de regis­tru dintre RTCC și valorile de alarmă este implementată utilizând formatul BCD (cod zecimal codificat binar).

Configurație periferic
Utilizatorul configurează timpul prin scrierea anului, lunii, zilei, orei, minutelor și secundelor în regiștri temporizatorului. Totuși, regiștri de bit de activare RTCC (RTCEN), RTCVALH și RETCVALL pot fi scriși numai dacă bitul de activare a scrierii în regiștri (RTCWREN) este stabilit la 1, altfel orice s-ar scrie în acești regiștri este ignorat.
Regiștri temporizator RTCC (RTCVALx) și temporizator alarmă (ALRMVALx) pot fi accesați numai prin indicatoarele de regiștri corespunză­toare. Fiecare scriere sau citire către registrul RTCVALH decrementează indicatorul RTCC cu 1, până când ajunge la 00.

Când pinul de ieșire RTCC este activat, utilizatorul poate alege să scoată semnalul de ceas în secunde sau în puls de alarmă, operând la jumătate din frecvența alarmei. Pentru o temporizare mai precisă și pentru a asigura operarea neîntreruptă a RTCC chiar și în cazul modului de adormire adâncă, SOSC este recomandat ca sursă de ceas al perifericului.
Odată ce RTCC este activat, temporizatorul începe să numere de la punctul de start configurat. De asemenea, pentru a evita scrieri accidentale în registrul temporizatorului RTCC, este recomandat ca bitul RTWREN să fie făcut 0 când nu se scrie în registru.
Caracteristica de alarmă este configurabilă de la o jumătate de secundă la un an și poate fi repetată după dorință de către utilizator. Fiecare citire sau scriere în registrul ALRMVALH decrementează valoa­rea indicatorului de alarmă cu 1.

Figura 2: Topologia modului VBAT.

Modul de operare cu baterie de rezervă
Una dintre funcțiile modulului RTCC este abilitatea de a continua operarea de la o baterie de rezervă în cazul apariției unei pierderi de energie, lucru care, în alte condiții, ar afecta precizia menținerii timpului. Acesta este modul VBAT, iar microcontrolerele PIC dispun atât de reducerea energiei MCU, cât și de operarea neîntreruptă a RTCC prin modul de putere VBAT bazat pe hardware. Acest mod utili­zează o sursă de energie de rezervă conectată la pinul VBAT, după cum este prezentat în figura 2.
Un switch de putere pe cip detectează pierderea de energie de la VDD și conectează pinul VBAT la stabilizatorul de retenție. Se oferă astfel energie la 1.2V pentru a menține stabilizatorul de retenție, precum și RTCC, cu sursa sa de ceas dacă este activată și regiștri de uz general de mod de adormire adâncă (DSPGPRx). RTCC continuă să ope­reze ca și cum nu ar fi nicio pierdere de putere.
Dispozitivul își revine automat din modul VBAT în momentul în care se restabilește VDD. Revenirea din acest mod este identificată prin verificarea stării bitului VBAT. Dacă acesta este stabilit atunci când dispozitivul este în funcțiune și se începe execu­tarea unui program din vectorul de reiniți­alizare, el indică dacă ieșirea a fost în modul VBAT. Pentru a identifica evenimentele viitoare de reactivare VBAT, bitul trebuie șters în program.
Una dintre plăcile demonstrative de la Microchip, care suportă operare VBAT, este Placa Demo LCD Explorer. Ea dispune de un suport pentru o baterie tip buton CR2032 de 3V.

Figura 3: Implementarea unui ceas digital cu alarmă cu modulul RTCC.

Ceasuri digitale cu alarmă
Figura 3 prezintă un exemplu de implementare a RTCC cu driver LCD și module CCP (Capture-Compare-PWM) pentru o aplicație de ceas digital cu alarmă. SOSC furnizează semnalul de ceas pentru modulul RTCC. Dacă pinul RTCC este configurat pentru a scoate la ieșire semnalul de secunde, acest lucru face ca LED-ul D1 să clipească odată pe secundă. Valorile din regiștri RTCVALx sunt manipulat­e de firmware pentru a fi afișate pe LCD1 prin modulul de driver LCD.
Întreruperile de alarmare declanșează modulul CCP pentru a genera un semnal PWM care activează buzerul piezo P1 la fiecare eveniment tip alarmă. Durata alarmei este controlată prin firmware.
Butoanele cu apăsare S1, S2 și S3 sunt utilizate pentru a stabili ora inițială a RTCC, data și parametrii de alarmă. Unul dintre butoane poate fi, de asemenea, utilizat pentru a declanșa numărarea RTCC.
Există câteva plăci demonstrative ale Microchip, ce pot fi utilizate pentru această aplicație. Câteva microcontrolere PIC cu modul RTCC dispun, de asemenea, de un modul driver LCD intern ce poate comanda direct un ecran LCD, în vreme ce altele pot utiliza modulul MSSP pentru a comunica printr-un LCD, pentru a afișa ora și data.

Dispozitive de măsurare a energiei
În cazul unui dispozitiv de măsurare a energiei, modulul RTCC poate fi integrat cu alte periferice, precum un modul convertor analog-digital (ADC) și un driver LCD. Microcontrolerele pentru aplicații de măsurare ar trebui să dispună de un convertor analog-digital de înaltă rezoluție pentru măsurarea tensiunii și curentului, trebuie să consume puțină energie, trebuie să fie capabile să opereze de la o baterie pentru a menține operarea neîntreruptă a RTCC și trebuie să dispună de o memorie EEPROM pentru a înregistra datele și pentru a memora parametrii de calibrare.
Microchip dispune de un număr de microcontro­lere PIC pe 8 biți, care respectă cerințele de mai sus. Funcția de auto-reglare periodică din modulul RTCC poate fi utilizată cu modulul ADC pentru a realiza o compensare software a temperaturii pentru o precizie mai bună a ceasului. Aceste microcontrolere au, de asemenea, un modul LCD integrat ce poate comanda direct un LCD, pentru a afișa consumul de energie în timp real. Totodată, acestea dispun și de o interfață externă pentru o sursă de baterie prin pinul VBAT, care permite RTCC să func­ționeze continuu pe durata unei pierderi de energie.

Concluzie
Modulele RTCC din microcontrolerele PIC oferă funcțiile necesare pentru păstrarea cu precizie a orei și datei. Ele sunt ușor de configurat, oferă calibrare automată și au un consum energetic foarte redus. Utilitatea RTCC este evidențiată și bine apreciată atunci când modulul este integrat cu alte periferice. Microcontrolerele PIC oferă alegeri versatile de perife­rice ce pot fi implementate cu modulul RTCC pentru aplicații de ceasuri digitale de alarmă, dispozi­tive de măsurare a energiei și multe altele.

 

Microchip Technology |  www.microchip.com
Sigla-Microchip

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *