Принцип работы электронного счетчика. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электрические счетчики

 Комментарии к статье

Для расчета электрической энергии, потребляемой за определенный период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счетчик электрической энергии. На рис. 1 показана блок-схема электромеханического счетчика.

Рис. 1. Блок-схема электромеханического счетчика электрической энергии

Реализация цифрового счетчика электрической энергии (рис. 2) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности - в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Рис. 2. Блок-схема цифрового счетчика электрической энергии

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счетчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потребленной энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, используются дополнительные ис. Сейчас начали выпускать специализированные ИС - преобразователи мощности в частоту - и специализированные микроконтроллеры, содержащие подобные преобразователи на кристалле. Но, зачастую, они слишком дороги для использования в коммунально-бытовых индукционных счетчиках. Поэтому многие мировые производители микроконтроллеров разрабатывают специализированные микросхемы, предназначенные для такого применения.

Перейдем к анализу построения простейшего варианта цифрового счетчика на наиболее дешевом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере Motorola. В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции. Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1 (рис. 3). При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять ее защиту в различных аварийных режимах. Рассматриваемый счетчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счетчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию.

Рис. 3. Основные узлы простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность. Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и, по мере накопления сигналов, изменяющего показания счетчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования EEPROM для сохранения показаний счетчика. Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счетчике.

Алгоритм работы программы (рис. 4) для простейшего варианта такого счетчика довольно прост. При включении питания микроконтроллер конфигурируется в соответствии с программой, считывает из EEPROM последнее сохраненное значение и выводит его на дисплей. Затем контроллер переходит в режим подсчета импульсов, поступающих от ИС преобразователя, и, по мере накопления каждого Вт·ч, увеличивает показания счетчика.

Рис. 4. Алгоритм работы программы

При записи в EEPROM значение накопленной энергии может быть утеряно в момент отключения напряжения. По этим причинам значение накопленной энергии записывается в EEPROM циклически друг за другом через определенное число изменений показаний счетчика, заданное программно, в зависимости от требуемой точности. Это позволяет избежать потери данных о накопленной энергии. При появлении напряжения микроконтроллер анализирует все значения в EEPROM и выбирает последнее. Для минимальных потерь достаточно записывать значения с шагом 100 Вт·ч. Эту величину можно менять в программе.

Схема цифрового вычислителя показана на рис. 5. К разъему X1 подключается напряжение питания 220 В и нагрузка. С датчиков тока и напряжения сигналы поступают на микросхему преобразователя КР1095ПП1 с оптронной развязкой частотного выхода. Основу счетчика составляет микроконтроллер MC68HC05KJ1 фирмы Motorola, выпускаемый в 16-выводном корпусе (DIP или SOIC) и имеющий 1,2 Кбайт ПЗУ и 64 байт ОЗУ. Для хранения накопленного количества энергии при сбоях по питанию используется EEPROM малого объема 24С00 (16 байт) фирмы Microchip. В качестве дисплея используется 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый любым недорогим контроллером, обменивающийся с центральным микроконтроллером по протоколу SPI или I2C и подключаемый к разъему Х2.

Реализация алгоритма потребовала менее 1 Кбайт памяти и менее половины портов ввода/вывода микроконтроллера MC68HC05KJ1. Его возможностей достаточно, чтобы добавить некоторые сервисные функции, например, объединение счетчиков в сеть по интерфейсу RS-485. Эта функция позволит получать информацию о накопленной энергии в сервисном центре и отключать электричество в случае отсутствия оплаты. Сетью из таких счетчиков можно оборудовать жилой многоэтажный дом. Все показания по сети будут поступать в диспетчерский центр.

Определенный интерес представляет собой семейство 8-разрядных микроконтроллеров с расположенной на кристалле FLASH-памятью. Поскольку его можно программировать непосредственно на собранной плате, обеспечивается защищенность программного кода и возможность обновления ПО без монтажных работ.

Рис. 5. Цифровой вычислитель для цифрового счетчика электроэнергии

Еще более интересен вариант счетчика электроэнергии без внешней EEPROM и дорогостоящей внешней энергонезависимой ОЗУ. В нем можно при аварийных ситуациях фиксировать показания и служебную информацию во внутреннюю FLASH-память микроконтроллера. Это к тому же обеспечивает конфиденциальность информации, чего нельзя сделать при использовании внешнего кристалла, не защищенного от несанкционированного доступа. Такие счетчики электроэнергии любой сложности можно реализовать с помощью микроконтроллеров фирмы Motorola семейства HC08 с FLASH-памятью, расположенной на кристалле.

Переход на цифровые автоматические системы учета и контроля электроэнергии - вопрос времени. Преимущества таких систем очевидны. Цена их будет постоянно падать. И даже на простейшем микроконтроллере такой цифровой счетчик электроэнергии имеет очевидные преимущества: надежность за счет полного отсутствия трущихся элементов; компактность; возможность изготовления корпуса с учетом интерьера современных жилых домов; увеличение периода поверок в несколько раз; ремонтопригодность и простота в обслуживании и эксплуатации. При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах даже простейший цифровой счетчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты за потребляемую энергию, возможность автоматизированного учета и контроля потребляемой электроэнергии.

Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Электрические счетчики.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Кишечные бактерии управляют кишечными часами 11.10.2019 Когда мы говорим о биологических часах, которые управляют суточной активностью клеток, органов и организма в целом, то всегда нужно помнить, что часов этих в нас довольно много: есть центральные, которые находятся в мозге, и есть периферические, которые управляют отдельными органами и системами органов. И, к примеру, от кишечных часов зависит, как будут всасываться питательные вещества в зависимости от времени суток. Но в кишечнике, как мы знаем, живет колоссальная масса симбиотических бактерий, которые помогают нам переваривать пищу (и не только). Можно предположить, что кишечная микрофлора как-то влияет на кишечные часы, и действительно, исследования показали, что влияет - если из кишечника убирали всех бактерий, его суточные ритмы расстраивались. Но как именно бактерии влияют на кишечные биологические часы? Скорее всего, микробы выделяют какие-то вещества, действующие на гены, от которых зависит ход внутренних часов. Сотрудники Юго-западного медицинского центра Университета Техаса описывают в своей статье в Science отличия в активности генов в кишечных клетках, взятых у нормальных мышей, и в кишечных клетках, взятых у мышей без микрофлоры. Гена HDAC3 кодирует фермент, пришивающий ацетильную химическую группу к молекулам белков-гистонов. Эти белки служат упаковщиками для ДНК, и от них зависит, можно ли будет с ДНК считывать информацию или нет; иными словами, от гистонов зависит активность генов. Но поведение самих гистонов зависит от химических модификаций, в том числе и от модификаций ацетильными группами. Значит, добавляя или уменьшая количество фермента HDAC3, изменяя его активность, тем самым можно изменить работу множества генов. (Изменение активности генов через гистоны - один из способов эпигенетической регуляции.) От бактерий зависит, будет ли фермент HDAC3 связываться с гистонами на определенных генах, и будут ли эти гены в определенное время суток доступны для считывания записанной в них информации. То есть бактерии создавали суточный ритм в активности кишечных генов, действуя через эпигенетический механизм регуляции, через гистоны. При этом тот же самый HDAC3 зависел от работы мышиного часового гена, иными словами, суточный ритм кишечника зависел как от собственного механизма биологических часов, так и от бактерий (чего, наверно, и следовало ожидать). Вероятно, фермент HDAC3 помогал гистонам своевременно распаковывать и упаковывать гены, контролирующие переваривание и расщепление питательных веществ. Однако на один такой ген HDAC3 действует непосредственно - это ген Cd36, который помогает всасывать липиды. Фермент HDAC3 сам, без помощи гистонов, связывается с геном Cd36 и активирует его. Можно предположить, что если HDAC3 выпадет из ритма, это может привести к ожирению - из-за активности Cd36 жиров начнет всасываться слишком много и не по расписанию.

Другие интересные новости:

▪ Разгон процессоров в тысячу раз

▪ Обнаружена самая глубоководная рыба в мире

▪ Фотосинтез поможет в улучшении солнечных батарей

▪ Инопланетяне могут считать Землю необитаемой

▪ Столкновение черных дыр

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Сэмюэл Ричардсон. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как появились вилки? Подробный ответ

▪ статья Паспалум расширенный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Индикатор анодного напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Карты на рапире. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026