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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Эталонный антенный модуль от Imec для 60-ГГц точек доступа 17.10.2018 Для увеличения объема передаваемых данных системы связи начинают покорять диапазон миллиметровых волн, в частности - диапазон в районе 60 ГГц, для работы в котором не требуется лицензирование частот. Он открытый. Сегодня 60-ГГц стандарт 802.11ad используется для передачи данных на очень небольшие расстояния (до 10 метров, а на практике - едва ли не вплотную). Например, он оказался весьма актуальным для гарнитур с погружением в виртуальную реальность. Готовится новый 60-ГГц стандарт 802.11ay, который расширит дальность связи с 10 до 300 метров. Также диапазон 60 ГГц может быть использован в сетях сотовой связи 5G для организации локальных подсетей. Одной из важных составляющих приемо-передающих устройств миллиметрового диапазона были и остаются фазированные антенные решетки (ФАР). С помощью ФАР можно управлять лепестками направленности антенны, обеспечивая максимальную скорость передачи данных по нескольким каналам с наилучшей эффективностью. В сочетании с радиочастотными усилителями мощности это достаточно дорогой элемент приемо-передающей системы, удешевить который можно с помощью унифицированных эталонных модулей. Именно подобный модуль для распространения по OEM-каналам разработала компания Pharrowtech - бизнес-единица, выделенная из Imec в рамках деятельности коммерческого инкубатора института. Это модуль в виде компактной активной фазированной антенной решетки из 256 элементов со 128 усилителями мощности. Решение собрано из "доступных" серийных комплектующих и представляется как одно из самых недорогих среди аналогов. При этом угол направленности АФАР предельно широкий, а дальность передачи беспрецедентно большая. Решение предназначено для создания стационарных точек доступа для домов и служебных ретрансляторов в 60-ГГц диапазоне для обеспечения Интернетом жителей сельской местности, мегаполисов и пригородных зон. В Imec уверены, что беспроводные технологии в 60-ГГц диапазоне помогут закрыть потребность в скоростной цифровой связи даже там, где предлагается кабельный Интернет. Развертывание беспроводных точек быстрее и дешевле, чем прокладка кабеля, а переход в диапазон 60 ГГц решит проблему с наращиванием пропускной способности.

Другие интересные новости:

▪ Новые линейные регуляторы постоянного тока

▪ Температура тела влияет на продолжительность жизни

▪ Устройства для разработчиков Intrinsyc на SoC Snapdragon 820

▪ Получение электричества из сахара в крови

▪ Когда стены убивают

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Угрюм-Бурчеев. Крылатое выражение

▪ статья Какую науку часто называют наукой о студентах-второкурсниках и белых крысах? Подробный ответ

▪ статья Пистолет-пылесос. Домашняя мастерская

▪ статья Регулятор заряда аккумуляторных батарей для солнечных элементов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Таинственный стакан с водой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026