電子カウンターの動作原理。スキーム、説明

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電子カウンターの動作原理。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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一定期間に消費される電力量を計算するには、有効電力の瞬時値を時間にわたって積分する必要があります。正弦波信号の場合、電力は、特定の時点でのネットワーク内の電圧と電流の積に等しくなります。どの電力量計もこの原理で動作します。図上。図１は、電気機械式計器のブロック図を示す。

電子カウンターの動作原理。電気機械式メーターのブロック図
米。 1. 電気機械式電力量計のブロック図

デジタル電力量計 (図 2) の実装には、信号を乗算し、結果の値をマイクロコントローラーにとって便利な形式で提供できる特殊な IC が必要です。たとえば、有効電力コンバータ - パルス繰り返し率など。マイクロコントローラーによってカウントされる受信パルスの総数は、消費される電力に直接比例します。

電子カウンターの動作原理。デジタル電力量計のブロック図
米。 2. デジタル電力量計のブロック図

同様に重要な役割は、メーターへのリモートアクセス、蓄積されたエネルギーに関する情報など、あらゆる種類のサービス機能によって果たされます。マイクロコントローラーによって制御されるデジタルディスプレイの存在により、情報出力のさまざまなモードをプログラムで設定することができます。たとえば、さまざまな料金表での各月の消費エネルギーに関する情報の表示などです。

レベルマッチングなどの一部の非標準機能を実行するには、追加の IS が使用されます。現在、彼らは特殊なIC（電力/周波数コンバータ）と、チップ上にそのようなコンバータを含む特殊なマイクロコントローラの生産を開始しています。しかし、家庭用誘導計に使用するには高価すぎることがよくあります。したがって、マイクロコントローラーの世界的なメーカーの多くは、このアプリケーション向けに設計された特殊なマイクロ回路を開発しています。

最も安価な (8 ドル未満の) 1095 ビット Motorola マイクロコントローラーでデジタルカウンタの最も単純なバージョンを構築する分析に移りましょう。提示されたソリューションでは、最小限必要な機能がすべて実装されています。これは、安価な電力/パルス周波数コンバーター IC KR1PP8 と 68 ビットマイクロコントローラー MC05HC1KJ3 の使用に基づいています (図 XNUMX)。このような構造では、マイクロコントローラーはパルス数を合計し、ディスプレイに情報を表示し、さまざまな緊急モードで保護する必要があります。検討中のメーターは、実際には、既存の機械式メーターのデジタル機能上の類似物であり、さらなる改良に適応されています。

電子カウンターの動作原理。最も単純なデジタル電気メーターの主要コンポーネント
米。 3. 最も単純なデジタル電力メーターの主要コンポーネント

ネットワーク内の電圧と電流に比例する信号がセンサーから取得され、コンバータの入力に供給されます。コンバータICは入力信号を乗算して瞬時消費電力を求めます。この信号はマイクロコントローラーの入力に供給され、信号が Wh に変換され、信号が蓄積されるとメーターの測定値が変化します。頻繁に停電が発生するため、EEPROM を使用してメーターの測定値を保存する必要があります。停電は最も典型的な緊急事態であるため、デジタルメーターにはこのような保護が必要です。

このようなカウンターの最も単純なバージョンのプログラム操作アルゴリズム (図 4) は非常に単純です。電源投入時に、マイクロコントローラはプログラムに従って設定され、最後に保存された値を EEPROM から読み取り、ディスプレイに表示します。次に、コントローラはコンバータ IC からのパルスをカウントするモードに入り、Wh が蓄積されるたびにカウンタの読み取り値が増加します。

電子カウンターの動作原理。電気メータープログラムのアルゴリズム
米。 4. プログラムのアルゴリズム

EEPROM に書き込む場合、停電時に蓄積されたエネルギーの値が失われる可能性があります。これらの理由により、必要な精度に応じてソフトウェアで設定されたメーター読み取り値の一定回数の変化の後、蓄積されたエネルギーの値が周期的に次々と EEPROM に書き込まれます。これにより、保存されたエネルギーデータの損失が回避されます。電圧が表示されると、マイクロコントローラーは EEPROM 内のすべての値を分析し、最後の値を選択します。損失を最小限に抑えるには、100 Wh 単位で値を記録するだけで十分です。この値はプログラム内で変更できます。

デジタル計算機のスキームを図に示します。 5. 1 V 電源と負荷はコネクタ X220 に接続されます。電流センサーと電圧センサーからの信号は、周波数出力のフォトカプラ絶縁を備えた KR1095PP1 コンバーターマイクロ回路に供給されます。このカウンタは、68 ピンパッケージ (DIP または SOIC) で製造され、05 KB の ROM と 1 バイトの RAM を備えた Motorola マイクロコントローラ MC16HC1,2KJ64 に基づいています。停電中に蓄積されたエネルギー量を保存するために、Microchip の小型 24C00 EEPROM (16 バイト) が使用されます。 8 桁の 7 セグメント LCD がディスプレイとして使用され、安価なコントローラによって制御され、SPI または I2C プロトコルを介して中央マイクロコントローラと通信し、X2 コネクタに接続されます。

このアルゴリズムの実装に必要なメモリは 1 KB 未満で、MC68HC05KJ1 マイクロコントローラーの I/O ポートの半分未満でした。その機能は、RS-485 インターフェイスを介したネットワーキングメーターなど、いくつかのサービス機能を追加するのに十分です。この機能により、サービスセンターに蓄積されたエネルギーに関する情報を受け取り、支払いがない場合には電気をオフにすることができます。このようなメーターのネットワークは、住宅用の高層ビルに装備できます。ネットワーク経由のすべての測定値はディスパッチセンターに送信されます。

特に興味深いのは、オンチップ FLASH メモリを備えた 8 ビットマイクロコントローラファミリです。組み立てた基板上に直接プログラムできるため、プログラムコードが保護され、インストール作業なしでソフトウェアを更新できます。

電子カウンターの動作原理。デジタル電力量計用デジタル電卓
米。 5. デジタル電力メーター用デジタル計算機

さらに興味深いのは、外部 EEPROM と高価な外部不揮発性 RAM を備えていないバージョンの電力メーターです。緊急事態においては、測定値とサービス情報をマイクロコントローラーの内部フラッシュメモリに記録できます。これにより、情報の機密性も確保されます。これは、不正アクセスから保護されていない外部クリスタルを使用した場合には不可能です。このような複雑な電力メーターは、オンチップのフラッシュメモリを備えた HC08 ファミリの Motorola マイクロコントローラを使用して実装できます。

電力の会計と制御のためのデジタル自動システムへの移行は時間の問題です。このようなシステムの利点は明らかです。彼らの価格は下がり続けるだろう。そして、最も単純なマイクロコントローラーであっても、このようなデジタル電力メーターには明白な利点があります。コンパクトさ。現代の住宅の内部を考慮してケースを製造する可能性。検証期間が数倍に増加します。保守性とメンテナンスと操作の容易さ。ハードウェアとソフトウェアの追加コストがほとんどかからないため、最も単純なデジタルメーターであっても、すべての機械式メーターでは利用できない多くのサービス機能を備えている場合があります。たとえば、消費エネルギーに対する複数料金支払いの実装、自動計量と制御の可能性などです。消費電力量。

出版物: cxem.net

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