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:

Носить младенца удобнее слева 16.01.2025

Материнский инстинкт - удивительное явление, которое на протяжении тысячелетий помогает мамам заботиться о младенцах. Несмотря на развитие технологий и изменения образа жизни, многие аспекты ухода за детьми остаются неизменными. Одним из таких интуитивных действий является привычка держать ребенка на левой стороне тела. Как выяснили ученые, эта привычка связана не с доминирующей рукой, как предполагалось ранее, а с более глубокой биологической и эмоциональной причиной. Ношение ребенка на левой стороне обеспечивает ему большую безопасность и помогает установить тесную эмоциональную связь между матерью и младенцем. Правая половина мозга, управляющая левой стороной тела, отвечает за обработку эмоций и социальные сигналы. Когда ребенок находится с левой стороны, правое полушарие матери активнее реагирует на его мимику, плач и другие сигналы. Это позволяет маме быстрее распознавать и понимать эмоциональные состояния малыша, такие как страх, дискомфорт или радость. Такая связь особенно ...>>

Наушники Timekettle W4 Pro для мгновенного перевода 16.01.2025

Мир становится все более взаимосвязанным, и языковые барьеры все чаще мешают эффективному общению. Новые технологии приходят на помощь, предлагая инновационные решения. Одна из таких разработок - беспроводные наушники Timekettle W4 Pro. Эти компактные устройства обещают революционизировать процесс перевода, делая его мгновенным и удобным. Компания Timekettle представила наушники W4 Pro, которые способны переводить речь в режиме реального времени прямо во время телефонных или видеозвонков. Благодаря встроенному искусственному интеллекту и передовой системе распознавания речи, наушники поддерживают более 40 языков и 93 диалекта. Это означает, что вы можете вести непринужденную беседу с человеком, говорящим на совершенно другом языке, и при этом понимать каждое слово. Одной из ключевых особенностей W4 Pro является двусторонний перевод. Это значит, что оба участника разговора могут свободно общаться на своем родном языке, а наушники будут мгновенно переводить сказанное. При этом заде ...>>

Экзоскелет Apogee ULTRA 15.01.2025

Компания German Bionic представила свой новый экзоскелет Apogee ULTRA, который обещает стать настоящим помощником для работников, часто сталкивающихся с физическими нагрузками. Эта инновационная разработка направлена на улучшение условий труда и повышения эффективности при переноске тяжелых грузов. Apogee ULTRA был создан для того, чтобы облегчить подъем и перемещение тяжелых объектов. Экзоскелет способен оказывать поддержку в подъеме весом до 36 кг, что значительно снижает нагрузку на организм. Кроме того, устройство помогает снизить ощущаемую усталость при долгих прогулках, делая 10 километров ходьбы эквивалентными 8 километрам. Примечательно, что Apogee ULTRA предназначен не только для работников, занимающихся физическим трудом и грузоперевозками, но и может быть полезен в других отраслях. Разработчики подчеркнули, что экзоскелет будет полезен в любых сферах, где есть необходимость в длительных физических усилиях, будь то строительство, производство или даже помощь в медицинск ...>>

Случайная новость из Архива Чтобы оживить, просто добавь воды 16.08.2001 Многие микроорганизмы, некоторые одноклеточные и даже многоклеточные животные и растения способны высыхать и переносить достаточно долго отсутствие воды, а затем оживать, как только вода появляется. Большинство таких организмов используют для защиты своих клеток так называемые гликопротеины - слизистые вещества, представляющие собой соединение углевода с белком. Но человеческие клетки без воды гибнут через несколько секунд. Биологи из Технического центра геномики в Блексберге (США), добавив к клеткам почек человека слизистый гликопротеин, полученный из водоросли носток (она входит в состав тины и способна оживать после высушивания на солнцепеке), смогли высушить человеческие клетки при комнатной температуре, а затем оживить их. Через восемь дней, когда в порошок из клеток добавили воду, половина из них ожила и возобновила деление. Зачем проводятся такие эксперименты? Разумеется, не для того, чтобы получить "быстрорастворимого человека". Человеческие клетки используются для обнаружения ядов и загрязнений в питьевой воде, для проверки безопасности новых лекарств, пищевых добавок и косметики Материал для таких анализов удобно иметь под рукой в виде сухого порошка, пригодного к оживлению в любой момент.

Другие интересные новости:

▪ Светящийся кабель для зарядки электромобилей

▪ Новая технология охлаждения вещей с помощью ионов

▪ Генная инженерия для биотоплива

▪ Внешняя батарея для ноутбуков Sanho HyperMac

▪ Выращивание человеческих почек

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочник электрика. Подборка статей

▪ статья Коробочка. Крылатое выражение

▪ статья Сколько длятся сутки? Подробный ответ

▪ статья Фотокорреспондент. Должностная инструкция

▪ статья Виды УЗО. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы для передачи данных по радиоканалу. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025