Принцип роботи електронного лічильника Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / електричні лічильники

 Коментарі до статті

Для розрахунку електричної енергії, яка споживається за певний період часу, необхідно інтегрувати в часі миттєві значення активної потужності. Для синусоїдального сигналу потужність дорівнює добутку напруги на струм у мережі в даний момент часу. На цьому принципі працює будь-який лічильник електричної енергії. На рис. 1 показано блок-схему електромеханічного лічильника.

Мал. 1. Блок-схема електромеханічного лічильника електричної енергії

Реалізація цифрового лічильника електричної енергії (рис. 2) вимагає спеціалізованих ІС, здатних виробляти перемноження сигналів і надавати отриману величину у зручній для мікроконтролера формі. Наприклад, перетворювач активної потужності - у частоту проходження імпульсів. Загальна кількість імпульсів, що підраховується мікроконтролером, прямо пропорційно споживаної електроенергії.

Мал. 2. Блок-схема цифрового лічильника електричної енергії

Не менш важливу роль відіграють всілякі сервісні функції, такі як дистанційний доступ до лічильника, інформації про накопичену енергію та багато інших. Наявність цифрового дисплея, що керується від мікроконтролера, дозволяє програмно встановлювати різні режими виведення інформації, наприклад, виводити на дисплей інформацію про спожиту енергію за кожен місяць, за різними тарифами тощо.

Для виконання деяких нестандартних функцій, наприклад, узгодження рівнів, використовуються додаткові іс. Наразі почали випускати спеціалізовані ІС - перетворювачі потужності в частоту - та спеціалізовані мікроконтролери, що містять подібні перетворювачі на кристалі. Але часто вони занадто дорогі для використання в комунально-побутових індукційних лічильниках. Тому багато світових виробників мікроконтролерів розробляють спеціалізовані мікросхеми, призначені для такого застосування.

Перейдемо до аналізу побудови найпростішого варіанта цифрового лічильника на найдешевшому (меншому за долар) 8-розрядному мікроконтролері Motorola. У наданому рішенні реалізовані всі мінімально необхідні функції. Воно базується на використанні недорогої ІС перетворювача потужності частоту імпульсів КР1095ПП1 і 8-розрядного мікроконтролера MC68HC05KJ1 (рис. 3). При такій структурі мікроконтролеру потрібно підсумовувати кількість імпульсів, виводити інформацію на дисплей та здійснювати її захист у різних аварійних режимах. Розглянутий лічильник фактично є цифровий функціональний аналог існуючих механічних лічильників, пристосований до подальшого вдосконалення.

Мал. 3. Основні вузли найпростішого цифрового лічильника електроенергії

Сигнали, пропорційні напрузі та струму в мережі, знімаються з датчиків та надходять на вхід перетворювача. ІС перетворювача перемножує вхідні сигнали, отримуючи миттєву споживану потужність. Цей сигнал надходить на вхід мікроконтролера, що перетворює його на Вт·ч і, в міру накопичення сигналів, що змінює показання лічильника. Часті збої напруги живлення призводять до використання EEPROM для збереження показань лічильника. Оскільки збої живлення є найбільш характерною аварійною ситуацією, такий захист необхідний у будь-якому цифровому лічильнику.

Алгоритм роботи програми (рис. 4) для найпростішого варіанта такого лічильника є досить простим. При включенні живлення мікроконтролер конфігурується відповідно до програми, зчитує з EEPROM останнє збережене значення та виводить його на дисплей. Потім контролер перетворюється на режим підрахунку імпульсів, які від ІС перетворювача, і, в міру накопичення кожного Вт·ч, збільшує показання лічильника.

Мал. 4. Алгоритм роботи програми

При записі EEPROM значення накопиченої енергії може бути втрачено в момент відключення напруги. З цих причин значення накопиченої енергії записується в EEPROM циклічно один за одним через кілька змін показань лічильника, задане програмно, залежно від необхідної точності. Це дозволяє уникнути втрати даних про накопичену енергію. При появі напруги мікроконтролер аналізує всі значення EEPROM і вибирає останнє. Для мінімальних втрат достатньо записувати значення кроком 100 Вт·ч. Цю величину можна міняти у програмі.

Схема цифрового обчислювача показано на рис. 5. До роз'єму X1 підключається напруга живлення 220 В та навантаження. З датчиків струму та напруги сигнали надходять на мікросхему перетворювача КР1095ПП1 з оптронною розв'язкою частотного виходу. Основу лічильника становить мікроконтролер MC68HC05KJ1 фірми Motorola, що випускається в 16-вивідному корпусі (DIP або SOIC) і має 1,2 Кбайт ПЗУ та 64 байт ОЗУ. Для зберігання накопиченої кількості енергії при збоях живлення використовується EEPROM малого обсягу 24С00 (16 байт) фірми Microchip. Як дисплей використовується 8-розрядний 7-сегментний РКІ, керований будь-яким недорогим контролером, що обмінюється з центральним мікроконтролером за протоколом SPI або I2C і підключається до гнізда Х2.

Реалізація алгоритму вимагала менше 1 Кбайт пам'яті та менше половини портів введення/виводу мікроконтролера MC68HC05KJ1. Його можливостей достатньо, щоб додати деякі сервісні функції, наприклад об'єднання лічильників у мережу за інтерфейсом RS-485. Ця функція дозволить отримувати інформацію про накопичену енергію в сервісному центрі та відключати електрику у разі відсутності оплати. Мережею з таких лічильників можна обладнати багатоповерховий житловий будинок. Усі свідчення по мережі надходитимуть до диспетчерського центру.

Певний інтерес є сімейством 8-розрядних мікроконтролерів з розташованою на кристалі FLASH-пам'яттю. Оскільки його можна програмувати безпосередньо на зібраній платі, забезпечується захищеність програмного коду та можливість оновлення програмного забезпечення без монтажних робіт.

Мал. 5. Цифровий обчислювач для цифрового лічильника електроенергії

Ще більш цікавим є варіант лічильника електроенергії без зовнішньої EEPROM і дорогої зовнішньої енергонезалежної ОЗУ. У ньому можна при аварійних ситуаціях фіксувати показання та службову інформацію у внутрішню FLASH-пам'ять мікроконтролера. Це також забезпечує конфіденційність інформації, чого не можна зробити при використанні зовнішнього кристала, не захищеного від несанкціонованого доступу. Такі лічильники електроенергії будь-якої складності можна реалізувати за допомогою мікроконтролерів фірми Motorola сімейства HC08 із FLASH-пам'яттю, розташованої на кристалі.

Перехід на цифрові автоматичні системи обліку та контролю електроенергії – питання часу. Переваги таких систем є очевидними. Ціна їх постійно падатиме. І навіть на найпростішому мікроконтролері такий цифровий лічильник електроенергії має очевидні переваги: ​​надійність за рахунок повної відсутності елементів, що труться; компактність; можливість виготовлення корпусу з урахуванням інтер'єру сучасних житлових будинків; збільшення періоду перевірок у кілька разів; ремонтопридатність та простота в обслуговуванні та експлуатації. При невеликих додаткових апаратних і програмних витратах навіть найпростіший цифровий лічильник може мати ряд сервісних функцій, відсутніх у всіх механічних, наприклад, реалізація багатотарифної оплати за споживану енергію, можливість автоматизованого обліку та контролю споживаної електроенергії.

Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу електричні лічильники.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Розумні рослини повідомлять про плісняву і радон у будинку 24.07.2018 Натхненні детекторами диму та розумною системою освітлення, вчені генетично модифікують кімнатні рослини, щоб ті могли відчувати шкідливі хімічні речовини з плісняви ​​та інших видів грибів – і попереджати про них домовласників. Якщо вони зможуть з'ясувати, як кімнатні рослини реагують на інші загрози в повітрі – наприклад, небезпечний для здоров'я газ радон – у майбутньому на нас чекають "розумні рослини", здатні вирішити цілу низку проблем. Ідея "розумних рослин" вже була перевірена у полі на одній фермі. З 2012 по 2013 рік вчені модифікували резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana) таким чином, що листя рослини виробляли велику кількість помаранчевого флуоресцентного білка, коли вони стикалися з хвороботворними бактеріями. Для цього дослідники спочатку ідентифікували в рослині гени, які повинні були реагувати на шкідливі хімічні речовини, що містяться в повітрі. Потім вони додавали синтетичні "підсилювачі" ДНК резуховидки, щоб збільшити "потужність" реакції. Щоб виявити сигнал, фермери просто мали надіти темні окуляри зі світлофільтром і подивитися, чи змінили листя свій колір - із зеленого на помаранчевий. Ймовірно, цю технологію можна застосувати не лише на фермі, а й у будинку та в міській квартирі. "Зелені стіни" з генетично модифікованих рослин можуть бути встановлені біля вентиляційних отворів, де вони можуть одного разу відчути зростання плісняви ​​та поширення вірусів, що передаються повітрям, - наприклад, вірус грипу. Щоб побачити сигнал тривоги на цих рослинах, потрібно посвітити на листі лампою з ультрафіолетовим світлом. Вчені сподіваються незабаром виявити білки в кімнатних рослинах, здатні викликати сигнал, який людина зможе виявити без будь-яких пристроїв. Але перш ніж нова технологія стане реальністю, дослідникам необхідно буде проаналізувати ДНК кількох видів кімнатних рослин, щоб з'ясувати, якими реакціями можна маніпулювати, і як вони можуть повідомляти про небезпеку. На відміну від сільськогосподарських культур та багатьох популярних квіткових рослин, про гени кімнатних рослин поки що відомо не дуже багато.

Інші цікаві новини:

▪ Серце б'ється до зачаття

▪ Енергійні вікна

▪ Хто на відеозаписі зовнішнього спостереження

▪ Маленькі собаки живуть вдвічі довше за великі

▪ Волоконно-оптичні передавачі на 10 гігабіт/с

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Біографії великих вчених. Добірка статей

▪ стаття Незамерзаючий водопровід. Поради домашньому майстру

▪ стаття Чому довгий час Місяць був відомий лише наполовину? Детальна відповідь

▪ стаття Продавець промтоварного відділу (секції) Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Підсилювач низької частоти на мікросхемі PA04 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Хімічна грілка. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024