XN31 - 3 x AC Current Inputs
El X-NODE 3 x AC Current Inputs es un módulo diseñado para medir corriente AC en redes monofásicas, bifásicas o trifásicas a través de sensores no invasivos tipo gancho. Integra tres conectores jack TRS de 3.5 mm que facilita la conexión con los sensores de corriente. El uso de este X-NODE es de propósito general, ideal en líneas de producción, monitoreo de consumo eléctrico, sistemas de gestión de energía, diagnóstico de fallas, sistemas de carga, etc.
TABLA DE CONTENIDO
I. ¿Cómo funciona?
El módulo X-NODE 3 x AC Current Inputs posee un controlador en hardware integrado con el cual es posible utilizar sensores para medición de corriente sin tener conocimientos avanzados de hardware, ya que solo es necesario enviar una serie de comandos en formato ASCII por medio del protocolo de comunicación serial UART o usando el protocolo I2C, esto permite que el X-NODE sea compatible con cualquier sistema basado en un microcontrolador, microprocesador o equipos industriales.
X-NODE 3 x AC Current Inputs es compatible con el estándar mikroBUS™ de Mikroe® para un uso fácil con un gran ecosistema de kits para desarrollo de hardware, también posee conectores JST compatibles con el estándar Qwiic® de SparkFun® para una comunicación entre diversos módulos y tarjetas de desarrollo por medio del protocolo I2C de manera rápida y sencilla.
II. Descripción del hardware
Conectores jack TRS de 3.5 mm para sensores de corriente no invasivos
Conectores JST compatibles con Qwiic®
Controlador en hardware
Puertos de comunicación UART <> I2C
Modelo de X-NODE
Tipo de X-NODE
Jumpers de configuración: 30 > 33 mA, 20 > 50mA, U > Usuario
Jumpers de configuración de fábrica
Conectores estándar mikroBUS™
Versión de hardware: R1
Característica principal en el X-NODE
III. Especificaciones
Tipo | Medición de corriente |
Aplicaciones | Integración en proyectos industriales y de IoT con uso de propósito general. Ideal en líneas de producción, monitoreo de consumo eléctrico, sistemas de gestión de energía, diagnóstico de fallas, sistemas de carga, etc. |
Características | Conectores jack TRS de 3.5 mm para facilitar la conexión con sensores de corriente no invasivos tipo gancho. Operación de trabajo en un rango de temperatura de 0 hasta 80 °C. |
Interfaz | UART, I2C |
Compatibilidad | |
Tamaño | 65.89 x 27 x 20.5 mm |
Voltaje | 3.3 V |
IV. Pinout
La siguiente tabla muestra el pinout del X-NODE 3 x AC Current Inputs con respecto al estándar mikroBUS™ (este último se encuentra en las dos columnas del centro).
V. Modo de uso
Para un uso fácil y rápido del X-NODE se puede hacer a través de los comandos en formato ASCII que proporciona el controlador en hardware integrado mediante una comunicación serial UART o de forma más avanzada a través del protocolo I2C.
Protocolo UART
Para poder establecer comunicación con el X-NODE se debe conocer el ID, éste se conforma por el modelo que se localiza en el punto 5 del apartado “Descripción de hardware”, con la clave “XN31” y se complementa con un index que por defecto es la letra “A“, siendo posible configurarlo hasta la letra Z del abecedario, brindando la posibilidad de conectar hasta 10 módulos del mismo tipo.
Configuración
Velocidad de comunicación: 115,200 bps
Paridad: Ninguna
Bits de datos: 8
Bits de paro: 1
Lista de comandos
XN31A?<CR+LF> | Verifica si se estableció una comunicación con éxito. Respuesta: OK<CR+LF> |
XN31A+V<CR+LF> | Obtiene la versión del firmware actual que integra el X-NODE. Respuesta: XN31A=Versión<CR+LF> Ejemplo: XN31A=0.1.0<CR+LF> |
XN31A+ID= (A-Z)<CR+LF> | Cambia el index del ID por una letra diferente del abecedario de la A a la Z, la nueva letra debe ser en mayúscula. Una vez modificado, para volver a cambiarlo es necesario colocar el ID con el nuevo index. Respuesta: OK<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31C+ID=H<CR+LF> |
XN31A+TW= (1-126)<CR+LF> | Cambia el address I2C que viene de fábrica por uno diferente. El nuevo address se escribe en decimal seleccionando un valor de 1 a 126. Respuesta: OK<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31A+TW=24<CR+LF> |
XN31A+G(1-3)<CR+LF> | Obtiene el estado del canal de corriente 1, 2 o 3. Retorna el valor en mA (miliamperios). Respuesta: XN31A=VAL<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31A+G3<CR+LF> Ejemplo de respuesta: XN31A=1200<CR+LF> |
Comandos avanzados
XN31A+ETW=(0-1)<CR+LF> | Habilita (1) o deshabilita (0) la interfaz I2C del dispositivo. Nota: Esta configuración es volátil, desconectar el dispositivo del suministro de energía o enviar el comando de reinicio restaurará la interfaz I2C. Respuesta: OK<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31A+ETW=0<CR+LF> |
XN31A+RST<CR+LF> | Reinicia el dispositivo, los valores no volátiles (ej. ID, address I2C) se conservarán y los valores volátiles volverán a su configuración por defecto. Respuesta: OK<CR+LF> |
XN31A+A(1-3)<CR+LF> | Obtiene el valor del I2C del canal de corriente 1, 2 o 3, la resolución es de 12 bits (0-4095). Este valor es útil durante el proceso de calibración del dispositivo. Respuesta: XN31A=VAL<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31A+A3<CR+LF> Ejemplo de respuesta: XN31A=4095<CR+LF> |
XN31A+C(1-3)=(P_C),(S_CV),[(B_R)] <CR+LF> | Calibra el canal de corriente 1, 2 o 3 (no volátil). Los parámetros son:
Consulte la sección de calibración del dispositivo para obtener más información. IMPORTANTE: El X-NODE XN31 está diseñado para utilizarse con señales de 1V, se debe considerar este valor al seleccionar el valor de la resistencia Burden o el valor de salida de voltaje. Respuesta: OK<CR+LF> Ejemplo de envío: XN31A+C2=30,1000<CR+LF> *Calibra el canal 2 cuando la corriente primaria (rango de medición del sensor) es de 30A y el sensor genera una salida de 1V. Ejemplo de envío: XN31A+C1=30,50,20<CR+LF> *Calibra el canal 1 cuando la corriente primaria (rango de medición del sensor) es de 30A, el sensor genera una salida de 50 mA y la resistencia Burden es de 20 Ohms. |
Protocolo I2C
Para poder establecer comunicación se debe conocer la dirección (address) del X-NODE, este se conforma por los dos últimos dígitos del modelo después de “XN”, el cual es necesario convertirlo a formato hexadecimal.
Configuración
Velocidad de comunicación: 100 kHz
Address: 7 bits
Nota: Verifica que no cuentes con otro dispositivo con la misma dirección (Address), si es así es necesario cambiarla.
Canales del ADC
Escritura:
Registros:
0x01: ADC del canal 1
0x02: ADC del canal 2
0x03: ADC del canal 3
Lectura:
Canales de corriente
Escritura:
Registros:
0x04: Valor de corriente del canal 1
0x05: Valor de corriente del canal 2
0x06: Valor de corriente del canal 3
Lectura:
Calibración de los canales de corriente
Escritura:
Registros:
0x07: Canal 1
0x08: Canal 2
0x09: Canal 3
Parámetros:
P_C: Valor de corriente primaria, debe ser el rango de medición del sensor en A.
S_CV: Valor secundario en mA para los sensores de salida de corriente o en mV para los sensores de salida de voltaje.
B_R: Valor de la resistencia Burden en Ohms, se debe omitir este parámetro en los sensores de salida de voltaje.
Omite el parámetro B_R cuando se utilice un sensor con salida de voltaje.
Consulta la sección Calibración del dispositivo para obtener más información.
IMPORTANTE: El X-NODE 3 x AC Current Inputs está diseñado para utilizarse con señales de 1V, se debe considerar este valor al seleccionar el valor de la resistencia Burden o el valor de salida de voltaje.
Estado de la calibración del canal de corriente
Escritura:
Registros:
0x07: Estado de la calibración del canal de corriente 1
0x08: Estado de la calibración del canal de corriente 2
0x09: Estado de la calibración del canal de corriente 3
Lectura:
0x00: El canal se encuentra calibrado
0x01: El canal se encuentra en proceso de calibración
0x02: El canal no se pudo calibrar debido a un error en los parámetros
Consulta la sección Calibración del dispositivo para obtener más información.
Comandos avanzados
Estado de la interfaz de comunicación I2C
Escritura:
Lectura:
0x01: La interfaz I2C funciona correctamente
Cualquier otro valor: La interfaz I2C encontró un problema y ha dejado de funcionar.
Versión del firmware
Escritura:
Lectura:
Versión del firmware en formato: Versión Mayor . Versión Menor . Parche
Ejemplo: 0x00.0x01.0x00 es la versión 0.1.0.
Cambiar ID (protocolo UART)
Escritura:
Leer ID (protocolo UART)
Escritura:
Lectura:
Cambiar dirección TW (protocolo I2C)
Escritura:
Nota: Para aplicar el cambio se requiere reiniciar el dispositivo.
Habilitar/Deshabilitar la interfaz UART
Escritura:
Nota: Esta configuración es volátil, desconectar el dispositivo del suministro de energía o enviar el comando de reinicio restaurará la interfaz UART.
Reiniciar el dispositivo
Escritura:
RS: Confirmar reinicio del dispositivo (0x01).
Consultar modelo de X-NODE
Escritura:
Lectura:
Modelo: 31 (0x1F).
Calibración del dispositivo
Cada canal de medición de corriente puede calibrarse de manera independiente, este mecanismo permite corregir la desviación entre el X-NODE 3 x AC Current Inputs, el sensor de corriente tipo gancho y un instrumento de medición calibrado.
El proceso de calibración requiere una fase aislada de corriente AC activa, un instrumento de medición de corriente no invasivo calibrado, un dispositivo que pueda enviar y recibir comandos a través del socket mikroBUS™ y el X-NODE 3 x AC Current Inputs.
El proceso de calibración es el siguiente:
Configura los jumpers soldables del X-NODE 3 x AC Current Inputs de acuerdo con el sensor de corriente tipo gancho a utilizar, si utilizas un sensor con salida de voltaje asegúrate que ninguno de los jumpers esté soldado (por defecto). Si se va a utilizar un sensor de corriente tipo gancho de 50 mA o 33 mA puedes utilizar los jumpers, de lo contrario deberás proveer una resistencia Burden, consulta la sección descripción del hardware para obtener más información.
Nota: Al seleccionar una resistencia Burden, donde la salida de voltaje debe ser de 1V, utiliza la siguiente formula:
Donde Rb es el valor en Ohms de la resistencia Burden, Cs es el valor de corriente del secundario (la salida de corriente del sensor) expresada en Amperes, por ejemplo: Si el sensor tiene una salida de 50 mA, entonces la resistencia Burden debe ser de 20 Ohms.
Conecta el sensor de corriente tipo gancho en el canal interesado en calibrar.
Abre el gancho del sensor y colócalo alrededor del conductor de la fase aislada de corriente AC activa.
Coloca el instrumento de medición alrededor del conductor de la fase aislada de corriente AC activa.
Envía el comando para obtener el valor de corriente al X-NODE 3 x AC Current Inputs. Compara los valores contra el instrumento de medición, considera que el X-NODE 3 x AC Current Inputs regresa valores en mA, realiza la corrección apropiada.
Si los valores son correctos el X-NODE 3 x AC Current Inputs está calibrado, de lo contrario contina con el siguiente paso.
Consulta la información del sensor de corriente tipo gancho y la resistencia de carga que se seleccionó (solo aplica en sensores cuya salida es de corriente).
Envía el comando de calibración conforme a los siguientes parámetros: A) P_C: Valor de corriente primaria, debe ser el rango de medición del sensor en A. B) S_CV: Valor secundario en mA para los sensores de salida de corriente o en mV para los sensores de salida de voltaje. C) B_R: Valor de la resistencia Burden en Ohms, se debe omitir este parámetro en los sensores de salida de voltaje.
Repite el paso 5.
Si los valores son correctos el X-NODE 3 x AC Current Inputs está calibrado, de lo contrario evalúa el error, si la medición es mayor contra el instrumento de medición, incrementa el valor P_C, S_CV o B_R, si es menor disminuye el valor de P_C, S_CV o B_R y regresa al paso 8. Cada componente del sistema tiene una desviación del valor nominal, lo que ocasiona el error en las mediciones, ajusta los valores hasta obtener un resultado satisfactorio.
Nota: Considera que sensores de mayor rango de corriente pueden tener errores más grandes, por ejemplo, un sensor de corriente tipo gancho de 200 A puede tener errores de hasta +/-0.6A, mientras que uno de 20 A suele tener errores de hasta +/-0.06ª.
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