Verkkoon kytkeytymättömän järjestelmän energianseuranta

Abstract

Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin tasavirtapiiriin sijoitettava tehonmittauslaitteisto. Käyttökohteena oli aurinkovoimalan lataussäätimen lataustehon mittaus, mutta laite suunniteltiin siten, että sitä voidaan käyttää myös muissa vastaavissa käyttökohteissa.

Teoriaosuudet käsittelevät työn kannalta merkittävimpien komponenttien, kuten virranmittaus-, jännitteenmittaus- ja regulointipiirien, toimintaperiaatteita. Tämän lisäksi käydään läpi yleisellä tasolla mikrokontrollerin rakenne sekä koteloinnissa työn kannalta huomionarvoiset asiat. Teoriaosuuteen lukeutuu myös piirilevyn rakennetta käsittelevä osuus, jossa käydään läpi piirilevyn materiaaleja, ominaisuuksia ja valmistusprosesseja.

Työssä oleellisena osana on piirilevyn suunnittelu ja valmistus prototyyppituotantona, jotta piiri saadaan toimintavarmaksi ennen teollista tuotantoa. Lisäksi keskiössä on myös komponenttien valinta ja hankinta sekä laitteen kokoonpano ja testaus.

Työn toteutuksen aikana kohdattiin muutamia ongelmia itse rakennetun piirilevyn kanssa sekä väärin kytkettyjen johdinvetojen kanssa. Piirilevyn toimivuusongelman syynä pidettiin oikosulkua komponenttien alla puuttuvan juotteenestopinnoitteen vuoksi. Piirilevyongelman ratkaisu löytyi teollisesti valmistetusta piirilevystä, jossa johdinvedot oli suojattu juotteenestopinnoitteella. Tämän lisäksi laitteen mittauspiirien oleelliset signaalipinnit oli kytketty mikrokontrollerin muistiväylän datajohtimiin aiheuttaen satunnaisia ohjelman kaatumisia. Tämäkin saatiin korjattua reitittämällä vedot uudelleen hyppylangoilla. Nämä ja muut rakentamisen, ohjelmoinnin ja testauksen aikana esiintyneet virheet opettivat, miten yksi virhe suunnittelun alkupäässä voi vaatia moninkertaisen määrän aikaa vianhaussa ja korjauksessa sen sijaan, että suunnitteluvaiheen alkupäässä oltaisiin huolellisempia.

Laitteen rakentamisen aikana kohdatuista virheistä huolimatta lopputuloksena saatiin toimiva mittauslaitteisto, jossa molempien testattavien piirien mittaustulokset olivat erittäin lähellä referenssimittauksia. Kokonaisuudessaan työn tavoitteissa onnistuttiin hyvin ja seuraavana tavoitteena on laitteessa esiintyneiden virheiden korjaaminen seuraavaan versioon, ohjelmiston parantaminen sekä laitteen pidempiaikainen koekäyttö oikeassa ympäristössä.