Madalvoolu elektriliini kaasliini põhine näitaja lahendus

1. Disaini taust ja ümberkujundus

1. Tehniline ja turutaust
   Arvutitehnika, mikroelektronika ja kommunikatsioonitehnika kiire arenemisega on madalvooluline elektriliinide sõnumside (220V) tehnoloogia kogunenud ja võtnud vastu automaatseid arvestussüsteeme. Vastupidiselt kõrgevooluliste elektriliinidele, mis mitmete segava faktorite ja kõrgete rakendamiskulude tõttu ei ole saavutanud laias masštabis rakendusi nagu optika või satelliitidega side.
2. Süsteemi positsioneerimine
   Selles lahenduses disainitud äärearvestaja on mitmekesise madalvoolulise elektriliinide sõnumside kaugarvestamissüsteemi põhiline üksus. See töötab koos andmekonsentratorite ja tagaplaanil olevate haldussüsteemidega, eesmärgiga asendada kätearvestust erinevatel juhtudel, nagu madalvoolulised elamukasutajad, suured tarbijad (olulised kasutajad) ja alamjaamad, lõpuks saavutades täieliku automatiseerimise ja intelligentsuse elektri haldamises.

II. Äärearvestaja riistvara disain

1. Kokkuhoiaklik riistvararakendus
   Süsteemi riistvara keskendub mikroprotsessori ühikule (MCU), mis sisaldab toetavaid mooduleid, nagu vahtkond, andmete salvestamine, voolu katkemine, energia teisendamine, sõnumside, näitmine, relekontroll ja arvestaja vooluallikas. Iga moodul koostöös tagab arvestaja stabiilse ja usaldusväärse töö. (Viide struktuurdiagrammile originaaldokumendis.)
2. Põhiliste riistvaramoodulite üksikasjad
   | Riistvaramoodul | Põhiline komponent / spetsifikatsioon | Peamine funktsioon |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Juhtimisüksus (MCU) | AT89C2051 mikrokontroller | Töötleb arvestamisandmeid (arvutamine, salvestamine); reageerib konsentratori käsklustele (energiaandmete üleslaadimine, voolu sisse/välja); kontrollib näitamist. |
   | Energiateisenduskontuur | AD7755 kõrge täpsusega integreeritud tsüpp | Teisendab kasutaja tarbitud energiat (kW·h) mikrokontrolleri töödeldavateks digitaalseteks pulksideks; elektroniliste arvestajate põhivahend. |
   | Sõnumside moodul | - | Ühendatakse elektriliinile ühenduskontuuride kaudu; kodeerib ja dekodeerib digitaalseid ja analoogsed signaalid kahepoolseks andmesideks. |
   | Näitamismoodul | - | Näitab energiatarvet, aega, kasutusperioode (tipp/taandatud/laag), tarifihindu jne, tarkvara juhendatult. |
   | Rele | - | Võtab vastu MCU käsklusi; on kinni normaalsel tööl, väljendab voolu katkemist maksmata tasude või kaugjuhituse korral elektri haldamiseks. |
   | Andmete salvestamine | 24CoX serii salvestuschip | Salvestab olulisi andmeid (nt energia tarbimine) voolu katkemisel; toetab voolu katkemise säilitamist, pikka salvestusaega ja kasutab I2C lugemise/kirjutamise meetodit. |
   | Arvestaja vooluallikas | - | Pakub stabiilset voolu kõigile riistvarakontuuridele, sealhulgas MCU, sidekomponendile ja näitamismoodulile. |
   | Voolu katkemise detektor ja vahtkond | - | Voolu katkemise detektor: jälgib voltaget ja aktiveerib andmete kaitse ebakorras; Vahtkond: takistab programmeerimisdeadloki ja lubab süsteemi automaatset taaskäivitamist. |
3. Arvestaja tööpõhimõte
   • Energiaarvestus: Kasutaja energia tarbimine teisendatakse AD7755 tsüpi poolt digitaalseteks pulsides. MCU loeb kindla arvu pulsi 1 kW·h-ks etteantud parameetrite järgi ja kogub ja salvestab need tipp-, taandatud- ja laagperioodide järgi.
   • Andmeside: Andmekonsentrator annab arvestamise või juhtimise käsklused. Arvestaja üleslaeb salvestatud energiaandmed sõnumside mooduli kaudu elektriliini kaudu. Kui vastu võetakse voolu katkemise käsklus, siis MCU kohe kontrollib rele'i voolu katkemise teostamiseks.
   • Ebakorraste kaitse: Voolu katkemise detektor teavitab MCU kiiresti edastama kriitilised andmed 24CoX chip'ile, kui avastatakse voolu ebakorras. Vahtkond sunnib süsteemi automaatse taaskäivitamise, kui programmipuudused tekivad, tagades usaldusväärsuse.

III. Äärearvestaja tarkvara disain

1. Programmeerimise lähenemine ja põhieesmärgid
   Kasutatakse assambleerimiskeeli ja C keelt programmeerimiseks, tasakaalustades programmeerimise efektiivsust ja arenduselu paindlikkust. Põhieesmärgid on automatiseerida ja intelligentsed arvestaja funktsioonid, minimeerides MCU andmeruumi kasutust.
2. Põhiline programmimoodul
   • Andmevõtmine ja töötlemine: Kogub energiapulsid, arvutab kasutaja kokkuenergia tarbimise ja statistika perioodidel (tipp/taandatud/laag).
   • Sideinteraktsiooni moodul: Lubab kaksiksuunalist sidet konsentratoriga, sealhulgas kellaja ajastamine, reaalajas/kuu energiaandmete üleslaadimine ja reliekspedeerimiskäskluste (nt voolu sisse/välja juhtimine) vastuvõtmine ja tegemine.
   • Kaitse ja ebakorraste käsitsemise moodul: Integreerib tarkvaralise vahtkonna, usaldusväärse voolu sisse lülitamise (andmete korrumpeerumise vältimine), voolu katkemise detekteerimise ja andmete töötlemise, töötades riistvaraga süsteemi stabiilsuse tagamiseks.
   • Ajakohane periood ja tariffihalduse moodul: Seab perioodireeglid mitmetarifiliste rakenduste jaoks, määrab praeguse perioodi reaalajas ja pakub aluse diferentseeritud arvestamiseks.
   • Näitamise juhtimise moodul: Juhatab näitamismoodulit, näitades energiatarvet, aega, tarifihinda ja muud nõutavad andmed, tagades intuitiivse andmevisualiseerimise.
3. Tarkvara peamine programmijärg
   Pärast süsteemi käivitamist tehakse "usaldusväärne voolu sisse lülitamine" →parameetrid initsialiseeritakse või ajaloolised andmed luetakse vastavalt otsusele →aegade intervallid seatakse ja praegune kasutusperiood määratakse →kontrollitakse, kas see on arvestuspäev, ja andmed valmistatakse →reaalajas voolu katkemine detekteeritakse ja käivitatakse kaitse →sõnumside käskluste detekteerimine ja side töötlus →intervallid lähtestatakse ja tsükkel kordub. (Viide üksikasjalikule protsessile originaaldokumendis.)

IV. Kaugarvestussüsteem ja rakendusperspektiivid

1. Süsteemi koosseis ja funktsioonid
   Täielik kaugarvestussüsteem koosneb kolmest osast:
   • Äärearvestaja: Vastutab terminalarvestamise ja käskluste täitmise eest.
   • Andmekonsentrator: Vastutab andmete keskpunktina kogumise ja käskluste levitamise eest.
   • Tagaplaanil olev haldussüsteem: Vastutab andmete statistika, analüüsi, joonelaose arvutamise, ebakorraste häirete ja raportite loomise eest.
   Süsteemi põhifunktsioon on saavutada täielik automatiseerimine energia kogumisest →andmete edastamiseni →statistiliste päringute →joonelaose analüüsin →ebakorraste häireteni →raportite loomiseni, täielikult asendades kätearvestust.
2. Eelised ja perspektiivid
   Võrreldes laineseadmega või spetsiaalsete liinitega lahendustega, kasutab see süsteem olemasolevaid elektriliine, pakkudes madalaid investeerimiskulusid, lihtsat hooldust ja olulist potentsiaali laialelevastamiseks. See seab solidaarse tehnoloogilise aluse tulevikus intelligentsed kogukonnad "kolme arvestaja kaugedastamise" (elekter, vesi, gaas) ja saab edasi integreeruda pangasüsteemidega automaatseks elektri tasudest mahakandmiseks, oluliselt suurendades elamuka tegevuse mugavust.
3. Tulevased väljakutsed
   • Tehniline tasand: Pidev parandamine arvestaja andmete kogumise kiirus (tagades andmete edastamise edu) ja relealgoritmite optimiseerimine, et parandada side stabiilsust keerulistes elektriliinikeskkondades.
   • Rakendustasand: Kohanemine elektrireformi trendidega, edendades süsteemi sügavamat integratsiooni, nagu laadiregulatsioon ja energiasäästu analüüs.