Λογισμική Λύση Φυσικού Μετρητή Βάσει Φορέα Σήματος Σε Χαμηλή Τάση

1. Σχεδιασμός Προέλευσης και Κύρια Θέση

1. Τεχνική και Αγοραϊκή Προέλευση
   Με τη γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας υπολογιστών, μικροηλεκτρονικής και επικοινωνιών, η τεχνολογία φορτηγού σήματος σε χαμηλή τάση (220V) έχει ωριμάσει και έχει καθιερωθεί ως κύρια θέση στο πεδίο των αυτόματων συστημάτων ανάγνωσης λογαριασμών. Σε αντίθεση, οι υψηλής τάσης γραμμές, λόγω πολλαπλών παρεμβολών και υψηλών δαπανών εφαρμογής, δεν έχουν επιτύχει μεγάλες εφαρμογές όπως τα διαδραμικά ή τα δορυφορικά συστήματα επικοινωνίας.
2. Θέση Συστήματος
   Ο έξυπνος λογαριασμός που σχεδιάστηκε σε αυτή τη λύση λειτουργεί ως βασική υποδομική μονάδα ενός πολυλειτουργικού συστήματος ανάγνωσης λογαριασμών σε μεγάλη απόσταση με φορτηγό σήμα σε χαμηλή τάση. Λειτουργεί σε συνεργασία με συστήματα συσσώρευσης δεδομένων και συστήματα διαχείρισης παρακράτησης, με στόχο να αντικαταστήσει την χειροκίνητη ανάγνωση λογαριασμών σε διάφορες περιπτώσεις, όπως χαμηλοί καταναλωτές, μεγάλοι καταναλωτές (κλειδιά καταναλωτές) και υποσταθμοί, με τελικό στόχο την πλήρη αυτοματοποίηση και εξυπνοποίηση της διαχείρισης της ηλεκτρικής ενέργειας.

II. Σχεδιασμός Υλικού Έξυπνου Λογαριασμού

1. Συνολική Αρχιτεκτονική Υλικού
   Το σύστημα υλικού εστιάζεται σε μια μονάδα επεξεργασίας μικροεπεξεργαστή (MCU), ενσωματωμένη με υποστηρικτικά μόντουλα όπως watchdog, αποθήκευση δεδομένων, ανίχνευση αποσύνδεσης, μετατροπή ενέργειας, φορτηγό σήμα, ενότητα εμφάνισης, ελεγχός relay και εφοδιασμός λογαριασμού. Κάθε μόντουλο συνεργάζεται για να εξασφαλίσει σταθερή και αξιόπιστη λειτουργία του λογαριασμού. (Ανατρέξτε στο σχήμα 1 στο αρχικό έγγραφο για το διαγράμματο δομής.)
2. Λεπτομέρειες Κλειδί Μονάδων Υλικού
   | Μονάδα Υλικού | Κύρια Συστατική / Προδιαγραφή | Κύρια Λειτουργία |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Ενότητα Ελέγχου (MCU) | Μικροεπεξεργαστής AT89C2051 | Επεξεργάζεται δεδομένα λογαριασμού (υπολογισμός, αποθήκευση); ανταποκρίνεται σε εντολές συσσώρευσης (ανέβασμα δεδομένων ενέργειας, εκτέλεση αποσύνδεσης/σύνδεσης); ελέγχει την εμφάνιση. |
   | Τροποποιητικός Κύκλος Ενέργειας | Ολοκληρωμένος ψηφιακός τράνσιστορ AD7755 | Μετατρέπει την καταναλωθείσα ενέργεια (kW·h) του χρήστη σε ψηφιακά παλμούς που μπορούν να επεξεργαστούν από το MCU; μια κλειδί ιδιότητα των ηλεκτρονικών λογαριασμών. |
   | Φορτηγό Σήμα | - | Συνδέεται με την γραμμή ενέργειας μέσω ενός κύκλου συνδυασμού; μοντουλοποιεί και δημοσιεύει ψηφιακά και αναλογικά σήματα για διαδικασία διαδικασίας δεδομένων. |
   | Ενότητα Εμφάνισης | - | Εμφανίζει κατανάλωση ενέργειας, ώρα, περίοδο χρήσης (ακροχώρα/επίπεδη/κοίλη), τιμολόγια κλπ., υποστηριζόμενη από λογισμικό. |
   | Relay | - | Λαμβάνει εντολές MCU; παραμένει κλειστό κατά την κανονική λειτουργία, εκτελεί αποσύνδεση σε περίπτωση μη πληρωμένων τελών ή τηλεεντολών διαχείρισης ενέργειας. |
   | Αποθήκευση Δεδομένων | Σειρά αποθήκευσης 24CoX | Αποθηκεύει κρίσιμα δεδομένα (π.χ. κατανάλωση ενέργειας) κατά την αποσύνδεση; υποστηρίζει αποθήκευση αποσύνδεσης, μεγάλη διάρκεια αποθήκευσης και χρησιμοποιεί μέθοδο ανάγνωσης/γραφής I2C. |
   | Εφοδιασμός Λογαριασμού | - | Παρέχει σταθερή ενέργεια σε όλους τους κυκλώματα υλικού, συμπεριλαμβανομένων του MCU, του μοντούλου επικοινωνίας και της ενότητας εμφάνισης. |
   | Ανίχνευση Αποσύνδεσης & Watchdog | - | Ανίχνευση αποσύνδεσης: Επιτρέπει την ανίχνευση τάσης και την ενεργοποίηση προστασίας δεδομένων κατά την ανωμαλία; Watchdog: Προλαμβάνει τη στασιμότητα του προγράμματος και επιτρέπει την αυτόματη επαναφορά του συστήματος. |
3. Πρίγκιπιο Λειτουργίας Λογαριασμού
   • Μέτρηση Ενέργειας: Η κατανάλωση ενέργειας του χρήστη μετατρέπεται σε ψηφιακά παλμούς από το κύκλωμα AD7755. Το MCU μετρά ένα συγκεκριμένο αριθμό παλμών ως 1 kW·h βάσει προκαθορισμένων παραμέτρων και τα συσσωρεύει και αποθηκεύει βάσει των περιόδων ακροχώρα, επίπεδη και κοίλη.
   • Ανταλλαγή Δεδομένων: Το σύστημα συσσώρευσης δεδομένων εκδίδει εντολές ανάγνωσης ή ελέγχου. Ο λογαριασμός ανεβάζει αποθηκευμένα δεδομένα ενέργειας μέσω του μοντούλου φορτηγού σήματος στη γραμμή ενέργειας. Εάν ληφθεί εντολή αποσύνδεσης, το MCU ελέγχει άμεσα το relay για να εκτελέσει την αποσύνδεση.
   • Προστασία Ανωμαλίας: Το κύκλωμα ανίχνευσης αποσύνδεσης ειδοποιεί το MCU να μεταφέρει τα κρίσιμα δεδομένα γρήγορα στον 24CoX όταν ανιχνεύονται ανωμαλίες. Το μόντουλο watchdog εξαναγκάζει μια επαναφορά του συστήματος σε περίπτωση παραλογίσματος του προγράμματος, εξασφαλίζοντας την αξιοπιστία.

III. Σχεδιασμός Λογισμικού Έξυπνου Λογαριασμού

1. Προσέγγιση Προγραμματισμού και Κύριοι Στόχοι
   Χρησιμοποιείται μία μίγνυμα γλώσσας συναρμολογήματος και C για τον προγραμματισμό, ισορροπώντας την αποτελεσματικότητα του προγράμματος και την ευελιξία της ανάπτυξης. Οι κύριοι στόχοι είναι η αυτοματοποίηση και εξυπνοποίηση των λειτουργιών του λογαριασμού, μειώνοντας την χρήση αποθήκευσης του MCU.
2. Κύρια Μόντουλα Προγράμματος
   • Μόντουλο Συλλογής και Επεξεργασίας Δεδομένων: Συλλέγει παλμούς ενέργειας, υπολογίζει την συνολική κατανάλωση ενέργειας του χρήστη και κατατάσσει τις στατιστικές ανά περίοδο (ακροχώρα/επίπεδη/κοίλη).
   • Μόντουλο Επικοινωνίας και Ανταλλαγής: Επιτρέπει διπλή επικοινωνία με το σύστημα συσσώρευσης δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της συγχρονισμένης ρολογιάς, της ανέβασης πραγματικών/μηνιαίων δεδομένων ενέργειας και της λήψης και εκτέλεσης εντολών relay (π.χ. ελέγχος αποσύνδεσης/σύνδεσης).
   • Μόντουλο Προστασίας και Χειρισμού Εξαιρέσεων: Ολοκληρώνει λογισμικό watchdog, αξιόπιστη απόφαση εφοδιασμού (προστασία από διαφθορά δεδομένων), ανίχνευση αποσύνδεσης και επεξεργασία δεδομένων, λειτουργώντας με το υλικό για να εξασφαλίσει τη σταθερότητα του συστήματος.
   • Μόντουλο Διαχείρισης Περιόδων και Τιμολογίων: Ορίζει κανόνες περιόδων για εφαρμογές πολλαπλών τιμολογίων, καθορίζει την τρέχουσα περίοδο σε πραγματικό χρόνο και παρέχει βάση για διαφοροποιημένη μέτρηση.
   • Μόντουλο Ελέγχου Εμφάνισης: Οδηγεί την ενότητα εμφάνισης να εμφανίζει κατανάλωση ενέργειας, ώρα, τιμολόγια και άλλες πληροφορίες όπως απαιτείται, εξασφαλίζοντας ευθυδιάθετη εικονική παρουσίαση δεδομένων.
3. Ροή Κυρίου Προγράμματος Λογισμικού
   Μετά την εκκίνηση του συστήματος, γίνεται "αξιόπιστη απόφαση εφοδιασμού" → οι παραμέτροι ενεργοποιούνται ή αναγνωρίζονται ιστορικά δεδομένα βάσει της απόφασης → ορίζονται διαστήματα και καθορίζεται η τρέχουσα περίοδος χρήσης → ελέγχεται εάν είναι η μέρα ανάγνωσης λογαριασμού και προετοιμάζονται τα δεδομένα → ελέγχεται συνεχώς η αποσύνδεση και ενεργοποιείται η προστασία → ελέγχονται οι εντολές φορτηγού σήματος και εκτελείται η επεξεργασία επικοινωνίας → επαναφέρονται τα διαστήματα και επαναλαμβάνεται ο κύκλος. (Ανατρέξτε στο σχήμα 2 στο αρχικό έγγραφο για τη λεπτομερή ροή.)

IV. Σύστημα Τηλεμετρίας και Προοπτικές Εφαρμογών

1. Σύνθεση και Λειτουργίες Συστήματος
   Το πλήρες σύστημα τηλεμετρίας αποτελείται από τρία μέρη:
   • Έξυπνος Λογαριασμός: Υπεύθυνος για την τερματική μέτρηση και την εκτέλεση εντολών.
   • Σύστημα Συσσώρευσης Δεδομένων: Υπεύθυνο για την μεσαία συσσώρευση δεδομένων και την κατανομή εντολών.
   • Σύστημα Διαχείρισης Παρακράτησης: Υπεύθυνο για την στατιστική, την ανάλυση, τον υπολογισμό απώλειας γραμμής, τις ειδοποιήσεις εξαιρέσεων και την παραγωγή αναφορών.
   Η κύρια λειτουργία του συστήματος είναι η επίτευξη πλήρους αυτοματοποίησης από την συλλογή ενέργειας → μεταφορά δεδομένων → στατιστικές ερωτήσεις → ανάλυση απώλειας γραμμής → ειδοποιήσεις εξαιρέσεων → παραγωγή αναφορών, εντελώς αντικαθιστώντας την χειροκίνητη ανάγνωση λογαριασμών.
2. Πλεονεκτήματα και Προοπτικές
   Σε σύγκριση με τις λύσεις χωρίς σύρματα ή ειδικές γραμμές, αυτό το σύστημα εκμεταλλεύεται τις υπάρχουσες γραμμές ενέργειας, προσφέροντας χαμηλό κόστος επένδυσης, εύκολη συντήρηση και σημαντικό δυναμικό για ευρεία εφαρμογή. Θεμελιώνει ένα αληθινό τεχνικό θεμέλιο για τη μελλοντική εξυπνή κοινότητα να επιτευχθεί η "τηλεμεταφορά τριών λογαριασμών" (ηλεκτρισμός, νερό, αέριο) και μπορεί να ενσωματωθεί περαιτέρω με τα τραπεζικά συστήματα για αυτόματη αποκοπή τελών ηλεκτρισμού, αυξάνοντας σημαντικά την ευκολία των κατοίκων.
3. Μελλοντικές Προκλήσεις
   • Επίπεδο Τεχνολογίας: Συνεχής βελτίωση των ρυθμών ανάκτησης δεδομένων λογαριασμού (διασφάλιση επιτυχούς μεταφοράς δεδομένων) και βελτιστοποίηση των αλγορίθμων relay για την ενίσχυση της σταθερότητας της επικοινωνίας σε περιπλοκές περιβάλλοντα γραμμών ενέργειας.
   • Επίπεδο Εφαρμογής: Προσαρμογή στις τάσεις μεταρρύθμισης ενέργειας, προώθηση της βαθύτερης ενσωμάτωσης του συστήματος με προηγμένες λειτουργίες διαχείρισης, όπως η ρύθμιση φορτίου και η ανάλυση εξοικονόμησης ενέργειας.