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:

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Графен приближает идею космического лифта 08.09.2026

Вывод грузов за пределы Земли сегодня остается сложным и дорогостоящим процессом: каждый запуск требует огромного количества топлива, а значительная часть конструкции ракеты используется всего один раз. Поэтому идея космического лифта, возникшая еще много десятилетий назад, продолжает привлекать внимание инженеров и исследователей. Вместо множества отдельных ракетных стартов предлагается создать постоянную транспортную систему между Землей и космосом, по которой грузы перемещались бы с помощью электричества. Последние достижения в производстве поликристаллического графена вновь заставили специалистов обсуждать эту концепцию не только как фантастическую идею, но и как потенциальный инженерный проект. Основным элементом будущего сооружения должен стать сверхпрочный трос. Согласно концепции Международного консорциума космического лифта (ISEC), он должен начинаться у экватора и простираться примерно на 100 000 километров в космос, значительно дальше геостационарной орбиты. На внешнем ко ...>>

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Случайная новость из Архива Ночные крики домашних котов 08.08.2026 Громкое мяуканье посреди ночи способно вывести из равновесия даже самого терпеливого владельца кошки. Иногда кажется, что питомец специально решил разбудить хозяина, требует еду или просто капризничает. Однако за протяжными и необычно громкими звуками может скрываться гораздо больше причин: от страха и территориального поведения до закрепившейся привычки или заболевания. Ученые и специалисты по поведению животных отмечают, что для правильного понимания такого поведения важно учитывать обстоятельства, в которых оно возникает. В ветеринарной практике термином, соответствующим настоящему кошачьему крику, обычно обозначают резкие и громкие звуки, связанные прежде всего с агрессией, конфликтами или брачным поведением. В повседневной речи владельцы используют это определение значительно шире, называя криком практически любое особенно громкое мяуканье. Парижский университет Нантер и специалист по поведению кошек Шарлотт де Музон отмечают, что протяжные тревожные вокализации нередко сопровождают сильные отрицательные эмоции и могут служить для животного своеобразным сигналом опасности. Происхождение такого поведения может уходить еще во времена, когда кошки не были домашними животными. Профессор психологических наук Джей Шварц обращает внимание на то, что похожие звуки издает африканский дикий кот - ближайший родственник домашней кошки. В естественной среде подобные вокализации могли использоваться во время конфликтов за территорию. Контроль над определенным участком давал животному доступ к пище и укрытиям, обеспечивал относительную безопасность и повышал шансы найти партнера для размножения. Современная домашняя кошка может использовать тот же древний поведенческий механизм в совершенно других обстоятельствах. Животное способно громко кричать, если испугалось, чувствует угрозу или хочет заставить приблизившегося человека или другого кота увеличить дистанцию. Ветеринарная специалистка Кэтрин Андерсон отмечает, что крик при приближении другого существа может фактически означать предупреждение: животное сообщает, что не хочет дальнейшего контакта. Подобные реакции могут возникать во время поездки к ветеринару, при попытке удержать кошку силой, в конфликте с другим животным или в период половой охоты. Однако у ночного мяуканья есть и совершенно иной механизм, связанный непосредственно с историей взаимоотношений кошек и человека. Взрослые кошки в естественных условиях нечасто используют мяуканье для общения друг с другом. Гораздо характернее оно для котят, которые таким способом привлекают внимание матери. В процессе одомашнивания эта особенность поведения сохранилась, но адресат изменился: взрослые животные научились активно использовать мяуканье при взаимодействии с людьми. По мнению Шарлотт де Музон, кошки со временем "поняли", что такой сигнал хорошо привлекает внимание человека. Дополнительную роль играет обучение через опыт. Если кот регулярно начинает мяукать в пять утра, а хозяин после этого встает и дает ему корм, животное быстро устанавливает связь между собственным поведением и результатом. С точки зрения кошки, это вовсе не проявление вредности или намерение мучить человека: она обнаружила эффективный способ добиться желаемого и продолжает им пользоваться. Поэтому ночные крики иногда оказываются не столько выражением сильных эмоций, сколько закрепившейся формой коммуникации. При этом человеку далеко не всегда легко определить, что именно означает конкретный кошачий звук. В исследовании 2025 года участники сравнительно хорошо распознавали короткие и высокие вокализации, тогда как с протяжными криками справлялись значительно хуже. Джей Шварц предполагает, что люди нередко оценивают подобные звуки не столько по их акустическим характеристикам, сколько по эмоциональному впечатлению. Если вокализация кажется тревожной, жалобной или печальной, человек скорее назовет ее криком. Вместе с тем владельцы обычно лучше интерпретируют сигналы собственных животных, чем звуки незнакомых кошек: исследование 2015 года показало, что люди точнее определяют значение вокализаций своих питомцев.

Другие интересные новости:

▪ Электрические тракторы

▪ Освещение женской сумочки

▪ Автомобиль не должен ездить бесшумно

▪ Ноутбуки Acer Extensa EX2510 и EX2509

▪ BLE модуль для интернета вещей ST Microelectronics SPBTLE-1S

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта История техники, технологии, предметов вокруг нас. Подборка статей

▪ статья Регионоведение. Шпаргалка

▪ статья Когда возник серфинг? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Fisher. Справочник

▪ статья Безэлектродные индукционные люминесцентные лампы. Технические характеристики ламп типа QL. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Устройство защиты трансивера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026