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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA O princípio de funcionamento do contador eletrônico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Medidores elétricos Para calcular a energia elétrica consumida em um determinado período de tempo, é necessário integrar os valores instantâneos da potência ativa ao longo do tempo. Para um sinal senoidal, a potência é igual ao produto da tensão e da corrente na rede em um determinado momento. Qualquer medidor de energia elétrica funciona com esse princípio. Na fig. 1 mostra um diagrama de blocos de um medidor eletromecânico.
A implementação de um medidor digital de energia elétrica (Fig. 2) requer CIs especializados capazes de multiplicar sinais e fornecer o valor resultante de uma forma conveniente para o microcontrolador. Por exemplo, um conversor de energia ativa - para uma taxa de repetição de pulso. O número total de pulsos de entrada, contados pelo microcontrolador, é diretamente proporcional à eletricidade consumida.
Um papel igualmente importante é desempenhado por todos os tipos de funções de serviço, como acesso remoto ao medidor, informações sobre a energia acumulada e muitas outras. A presença de um display digital controlado por um microcontrolador permite definir programaticamente vários modos de saída de informações, por exemplo, exibir informações sobre a energia consumida em cada mês, em várias tarifas e assim por diante. Para executar algumas funções não padrão, como correspondência de nível, são usados IS adicionais. Agora eles começaram a produzir ICs especializados - conversores de potência para frequência - e microcontroladores especializados contendo esses conversores em um chip. Mas, muitas vezes, eles são muito caros para uso em medidores de indução domésticos. Portanto, muitos fabricantes globais de microcontroladores estão desenvolvendo microcircuitos especializados projetados para esta aplicação. Vamos passar para a análise da construção da versão mais simples de um contador digital no microcontrolador Motorola de 8 bits mais barato (menos de um dólar). Na solução apresentada, todas as funções mínimas necessárias são implementadas. Ele é baseado no uso de um conversor de frequência de potência para pulso barato IC KR1095PP1 e um microcontrolador de 8 bits MC68HC05KJ1 (Fig. 3). Com tal estrutura, o microcontrolador precisa somar o número de pulsos, exibir informações no display e protegê-lo em vários modos de emergência. O medidor em consideração é, na verdade, um analógico funcional digital de medidores mecânicos existentes, adaptado para melhorias adicionais.
Sinais proporcionais à tensão e corrente na rede são retirados dos sensores e alimentados na entrada do conversor. O conversor IC multiplica os sinais de entrada para obter o consumo instantâneo de energia. Este sinal é alimentado à entrada do microcontrolador, que o converte em Wh e, à medida que os sinais se acumulam, altera as leituras do medidor. As frequentes falhas de energia tornam necessário o uso de uma EEPROM para salvar as leituras do medidor. Como as falhas de energia são a situação de emergência mais comum, essa proteção é necessária em qualquer medidor digital. O algoritmo de operação do programa (Fig. 4) para a versão mais simples desse contador é bastante simples. Ao ligar, o microcontrolador é configurado de acordo com o programa, lê o último valor salvo na EEPROM e exibe no display. Em seguida, o controlador entra no modo de contagem de pulsos vindos do IC do conversor e, à medida que cada Wh é acumulado, aumenta a leitura do contador.
Ao escrever na EEPROM, o valor da energia acumulada pode ser perdido no momento da falha de energia. Por estas razões, o valor da energia acumulada é escrito no EEPROM ciclicamente um após o outro após um certo número de alterações nas leituras do medidor, definidas pelo software, dependendo da precisão necessária. Isso evita a perda de dados de energia armazenados. Quando a tensão aparece, o microcontrolador analisa todos os valores na EEPROM e seleciona o último. Para perdas mínimas, basta registrar os valores em incrementos de 100 Wh. Este valor pode ser alterado no programa. O esquema da calculadora digital é mostrado na fig. 5. A fonte de alimentação de 1 V e a carga estão conectadas ao conector X220. Dos sensores de corrente e tensão, os sinais são alimentados ao microcircuito conversor KR1095PP1 com isolamento por optoacoplador da saída de frequência. O contador é baseado no microcontrolador Motorola MC68HC05KJ1, fabricado em um encapsulamento de 16 pinos (DIP ou SOIC) e possuindo 1,2 KB de ROM e 64 bytes de RAM. Para armazenar a quantidade acumulada de energia durante as falhas de energia, é utilizada a pequena EEPROM 24C00 (16 bytes) da Microchip. Um LCD de 8 dígitos e 7 segmentos é usado como display, controlado por qualquer controlador barato, comunicando-se com o microcontrolador central via protocolo SPI ou I2C e conectado ao conector X2. A implementação do algoritmo exigiu menos de 1 KB de memória e menos da metade das portas de E/S do microcontrolador MC68HC05KJ1. Suas capacidades são suficientes para adicionar algumas funções de serviço, por exemplo, medidores de rede via interface RS-485. Esta função permitirá receber informações sobre a energia acumulada na central de atendimento e desligar a energia elétrica na falta de pagamento. Uma rede desses medidores pode equipar um edifício residencial de vários andares. Todas as leituras via rede serão enviadas para o centro de despacho. De particular interesse é uma família de microcontroladores de 8 bits com memória FLASH integrada. Como pode ser programado diretamente na placa montada, o código do programa é protegido e o software pode ser atualizado sem trabalho de instalação.
Ainda mais interessante é a versão do medidor de eletricidade sem EEPROM externa e RAM externa não volátil cara. Nele, em situações de emergência, leituras e informações de serviço podem ser gravadas na memória FLASH interna do microcontrolador. Isso também garante a confidencialidade das informações, o que não pode ser feito por meio de um cristal externo que não esteja protegido contra acesso não autorizado. Esses medidores de eletricidade de qualquer complexidade podem ser implementados usando microcontroladores Motorola da família HC08 com memória FLASH no chip. A transição para sistemas automáticos digitais de contabilidade e controle de energia elétrica é uma questão de tempo. As vantagens de tais sistemas são óbvias. O preço deles continuará caindo. E mesmo no microcontrolador mais simples, esse medidor digital de eletricidade tem vantagens óbvias: confiabilidade devido à total ausência de elementos de fricção; compacidade; a possibilidade de fabricar o case, levando em consideração o interior de edifícios residenciais modernos; aumento do período de verificação várias vezes; manutenibilidade e facilidade de manutenção e operação. Com poucos custos adicionais de hardware e software, mesmo o medidor digital mais simples pode ter uma série de funções de serviço que não estão disponíveis em todos os mecânicos, por exemplo, a implementação de pagamento multitarifa pela energia consumida, possibilidade de medição automatizada e controle da eletricidade consumida. Publicação: cxem.net
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