构建一个能源监测系统

Energy-Monitoring-PCB

高精度，隔离和poe供电的三相能源监测系统，专为与办公，商业和工业环境中的楼宇管理系统(BMS)集成而设计。

概述:

该PCB是一个三相4线(3P4W)电气监控模块，设计用于安装在办公室或小型设施的主电源入口。它实时测量所有关键电气参数，并通过以太网将数据传输到外部BMS， BMS负责控制和决策。

这个项目解决的问题

大多数商用电表是：

•昂贵的

•封闭且难以整合

•数据存取受限

•不是基于现代精密芯片

•缺少PoE连接

•不是开放硬件或可定制的

该设计通过提供一个开放的、可复制的、可集成的、有完整文档的能源监测板来解决这些问题。

主要特点

•专业能量测量(ATM90E32AS)

•全三相4线(3P4W)测量

内部计算：

•RMS电压

•均方根电流

•有功、无功和视在功率

•功率因数

•频率

•逐相能量积累

•高精度电阻分压器

•通过外部ct感应电流

•电源和低压电子设备之间完全隔离

以太网+ PoE连接

•具有适当终止/ EMI实践的LAN8720A以太网PHY

•10/ 100mbps稳定以太网链路

•PoE 802.3af通过TPS2378DDAR供电

•所有以太网线路上的浪涌、ESD和瞬态保护

ESP32-S3-MINI-1控制器

•通过数字隔离器(Si86xx)与能源IC进行SPI通信

•本机USB编程

•JTAG用于调试

•处理测量结果并向BMS发布数据

•支持OTA更新

强大的电源架构

•PoE→5V→3.3V转换

•完全隔离直流域的测量部分

•MOVs， TVS二极管，PTC熔断器，并在整个设计中适当滤波

安全与隔离

•明确区分：

•高压域(交流电源)

•低压域(ESP32， PHY，逻辑)

•爬电/间隙符合IEC标准

•多级保护，安全安装在真正的电气面板

为什么这个设计比同类产品更好

•完全文档化的开放硬件

•原生PoE，在工业仪表中不常见

•基于高精度的ATM90E32AS芯片

•正确的以太网PHY终端：鲍勃史密斯，CT偏置，电视，过滤器

•完全隔离的结构，工业安全

•比商业封闭式能量分析仪更便宜，更灵活

•设计可重复性，制造和长期可靠性

用法

•将PCB连接到进线三相线(3相+中性)。

•将ct附加到每个阶段。

•通过PoE交换机为单板供电。

•连接到以太网并与BMS配对。

•固件读取并传输所有电气参数。

该项目展示了一个精心设计的架构如何结合隔离测量，工业级保护和poe供电连接，可以提供适合实际电气安装的专业三相能量监测系统。

设计的每个模块，从ATM90E32AS计量引擎到以太网PHY终端、隔离策略和高压前端，都是为了平衡精度、安全性、EMI稳健性和长期可靠性而选择的。

其结果是一个开放硬件、bms就绪的平台，能够为办公楼、商业空间和能源感知自动化系统提供高分辨率电气分析。

它提供了商用仪表所缺乏的集成灵活性，同时保持了工业环境中预期的保护、测量质量和稳定性。

本文编译自hackster.io