Düşük Gerilim Güç Hatı Taşıyıcıya Dayalı Akıllı Süpermetre Çözümü

1. Tasarım Arka Planı ve Çekirdek Pozisyonlandırma

1. Teknik ve Pazar Arka Planı
   Bilgisayar teknolojisi, mikroelektronik ve iletişim teknolojilerinin hızlı gelişmesiyle düşük gerilim güç hattı taşıyıcı (220V) teknolojisi olgunlaşmış ve otomatik sayaç okuma sistemleri alanında hakim bir pozisyon kurmuştur. Buna karşılık, yüksek gerilim güç hatları, birçok interferans faktörü ve yüksek uygulama maliyetleri nedeniyle, fiber optik veya uydu iletişimine benzer büyük ölçekli uygulamalar elde edilememiştir.
2. Sistem Pozisyonu
   Bu çözümde tasarlanan akıllı sayaç, çok fonksiyonlu düşük gerilim güç hattı taşıyıcı uzaktan sayaç okuma sisteminin temel alt birimi olarak hizmet vermektedir. Veri toplayıcılar ve arka uç yönetim sistemleri ile koordineli çalışarak, düşük gerilimli konut kullanıcıları, büyük tüketiciler (anahtar kullanıcılar) ve dağıtım merkezleri gibi çeşitli senaryolarda manuel sayaç okumayı değiştirmeyi amaçlamaktadır. Sonunda, elektrik yönetiminin tam otomasyonunu ve akıllılaşmasını sağlamak hedeflenmektedir.

II. Akıllı Sayaç Donanım Tasarımı

1. Genel Donanım Mimarisi
   Sistem donanımı, bir mikroişlemci birimi (MCU) etrafında merkezlenmiştir ve bu birim, gözetmen, veri depolama, güç kesme algılama, enerji dönüştürme, taşıyıcı iletişim, gösterge birimi, röle kontrol ve sayaç gücü sağlayıcı dahil destekleyici modüllerle entegre edilmiştir. Her bir modül, sayacın kararlı ve güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için birlikte çalışmaktadır. (Yapısal diyagram için orijinal belgedeki Şekil 1'e bakınız.)
2. Ana Donanım Modülü Detayları
   | Donanım Modülü | Temel Bileşen / Spesifikasyon | Ana Fonksiyon |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Kontrol Birimi (MCU) | AT89C2051 mikrodenetleyici | Ölçüm verilerini işler (hesaplama, depolama); toplayıcı komutlarına yanıt verir (enerji verilerini yükleme, güç açma/kapatma işlemini yürütme); göstergeyi kontrol eder. |
   | Enerji Dönüştürme Devresi | AD7755 yüksek hassasiyetli entegre devre | Kullanıcı tarafından tüketilen enerjiyi (kW·h) MCU tarafından işlenebilir dijital darbelere dönüştürür; elektronik sayaçların çekirdek özelliği. |
   | Taşıyıcı İletişim Modülü | - | Güç hattına bir kopuplaj devresi yoluyla bağlanır; dijital ve analog sinyalleri modüler ve demodüler, çift yönlü veri iletimi sağlar. |
   | Gösterge Birimi | - | Yazılım tarafından sürüklenebilen enerji tüketimi, zaman, kullanım dönemleri (zirve/düz/derin), tarifeler vb. bilgileri gösterir. |
   | Röle | - | MCU komutlarını alır; normal çalışma sırasında kapalı kalır, ödenmemiş ücretler veya uzaktan güç yönetimi komutları durumunda güç kesme işlemini yürütür. |
   | Veri Depolama | 24CoX serisi depolama çipi | Güç kesme sırasında kritik verileri (örneğin, enerji tüketimi) depolar; güç kesme korumasını, uzun süreli depolama ve I2C okuma/yazma yöntemini destekler. |
   | Sayaç Güç Kaynağı | - | Tüm donanım devrelerine, MCU, iletişim modülü ve gösterge birimi de dahil, stabil güç sağlar. |
   | Güç Kesme Algılama & Gözetmen | - | Güç kesme algılama: Anormal durumlarda voltajı izler ve veri korumasını tetikler; Gözetmen: Program kilitlenmelerini önler ve sistem otomatik yeniden başlatılmasına olanak tanır. |
3. Sayaç Çalışma Prensibi
   • Enerji Ölçümü: Kullanıcı enerji tüketimi, AD7755 çipi tarafından dijital darbelere dönüştürülür. MCU, önceden belirlenen parametrelere göre belirli sayıda darbeyi 1 kW·h olarak hesaplar ve zirve, düz ve derin dönemlere göre toplar ve depolar.
   • Veri Etkileşimi: Veri toplayıcı, sayaç okuma veya kontrol komutları gönderir. Sayaç, taşıyıcı modülü üzerinden güç hattı üzerinde depolanan enerji verilerini yükler. Eğer bir güç kesme komutu alırsa, MCU anında röleyi güç kesme işlemi için kontrol eder.
   • Özel Koruma: Güç kesme algılama devresi, güç anormallikleri algılandığında MCU'yu kritik verileri 24CoX çipine hızlıca aktarmaya yönlendirir. Gözetmen modülü, program hataları durumunda sistemi otomatik yeniden başlatarak güvenilirliği sağlar.

III. Akıllı Sayaç Yazılım Tasarımı

1. Programlama Yaklaşımı ve Çekirdek Amaçlar
   Programlama, derleme dili ve C dili karışımı kullanılarak yapılır, program verimliliği ve geliştirme esnekliği arasında denge sağlar. Çekirdek amaçlar, sayacın işlevlerini otomatikleştirmek ve akıllılaştırmak ve aynı zamanda MCU'nun depolama kullanımını minimize etmektir.
2. Ana Program Modülleri
   • Veri Toplama ve İşleme Modülü: Enerji darbelerini toplar, toplam kullanıcı enerji tüketimini hesaplar ve dönemlere (zirve/düz/derin) göre istatistiksel sınıflandırma yapar.
   • İletişim Etkileşim Modülü: Toplayıcı ile çift yönlü iletişimi sağlar, saat senkronizasyonu, gerçek zamanlı/aylık enerji verilerinin yükleme, röle komutlarının (örneğin, güç açma/kapatma kontrolü) alınması ve yürütülmesi işlemlerini içerir.
   • Koruma ve Özel Durum Yönetimi Modülü: Yazılım gözetmeni, güvenilir güç açma belirleme (veri bozulmasını önlemek), güç kesme algılama ve veri işleme işlemlerini entegre eder, donanımla birlikte sistemin kararlılığını sağlar.
   • Zaman Dilimi ve Tarife Yönetimi Modülü: Çok tarifeli uygulamalar için dilim kurallarını ayarlar, mevcut dönemleri gerçek zamanlı olarak belirler ve farklılaştırılmış ölçüm için temel sağlar.
   • Gösterge Kontrol Modülü: Gösterge birimini, gerekli olduğunda enerji tüketimi, zaman, tarifeler ve diğer bilgileri göstermek üzere sürükler, veri görselleştirmesini kolaylaştırır.
3. Yazılım Ana Program Akışı
   Sistem başlangıcından sonra "güvenilir güç açma" belirlemesi yapılır→belirleme sonucuna bağlı olarak parametreler başlatılır veya geçmiş veriler okunur→zaman aralıkları ayarlanır ve mevcut kullanım dönemi belirlenir→olup olmadığı kontrol edilir sayaç okuma günü ve veriler hazırlanır→gerçek zamanlı güç kesme algılanır ve koruma tetiklenir&rarrtaşıyıcı komutları algılanır ve iletişim işlemi yürütülür→zaman aralıkları sıfırlanır ve döngü tekrarlanır. (Ayrıntılı akış için orijinal belgedeki Şekil 2'ye bakınız.)

IV. Uzaktan Ölçüm Sistemi ve Uygulama Geleceği

1. Sistem Bileşenleri ve Fonksiyonları
   Tam uzaktan ölçüm sistemi üç bölümden oluşur:
   • Akıllı Sayaç: Terminal ölçüm ve komut yürütme sorumluluğunu üstlenir.
   • Veri Toplayıcı: Orta düzey veri toplama ve komut dağıtım sorumluluğunu üstlenir.
   • Arka Uç Yönetim Sistemi: Veri istatistiklerini, analizlerini, hat kayıp hesaplamalarını, özel durum uyarılarını ve rapor oluşturma sorumluluğunu üstlenir.
   Sistemin çekirdek işlevi, enerji toplama→veri iletimi→istatistiksel sorgular→hat kayıp analizi→özel durum uyarıları→rapor oluşturma adımlarını tam otomasyonla gerçekleştirmek ve manuel sayaç okumayı tamamen değiştirmektir.
2. Avantajlar ve Gelecek
   Sistem, kablosuz veya özel hat çözümlerine kıyasla, mevcut güç hatlarını kullanarak düşük yatırım maliyeti, kolay bakım ve yaygın benimsenme potansiyeline sahiptir. Gelecekteki akıllı topluluklar için "üç sayaçın uzaktan iletimi" (elektrik, su, gaz) ve daha fazla banka sistemleriyle entegrasyonu sağlayarak otomatik elektrik ücreti tahsilatı gibi gelişmiş yönetim fonksiyonlarıyla daha da entegre olabilir, böylece konutların rahatlığını büyük ölçüde artırır.
3. Gelecekteki Zorluklar
   • Teknik Seviye: Sayaç veri toplama oranlarının sürekli iyileştirilmesi (başarılı veri iletimini sağlamak) ve karmaşık güç hat ortamlarında iletişim istikrarını artırmak için röle algoritmalarının optimize edilmesi.
   • Uygulama Seviyesi: Güç reformu trendlerine uyum sağlamak, sistemin yük düzenleme ve enerji tasarrufu analizi gibi gelişmiş yönetim fonksiyonlarıyla daha derin entegrasyonunu teşvik etmek.