Izglītās rēķina izstrādājuma risinājums balstīts uz zema sprieguma elektrosaites pārnesumu

1. Projekta fons un galvenā pozicionēšana

1. Tehniskais un tirgus fons
   Ar datoru tehnoloģiju, mīkroelektronikas un sakaru tehnoloģiju straujo attīstību, zema sprieguma elektrosaites nosūtījuma (220V) tehnoloģija ir pilnveidojusies un aizņēmusi dominējošu pozīciju automātiskās skaitītāju lasīšanas sistēmā. Savukārt augsta sprieguma elektrosaites, tā kā daudzas iedarbinošas faktoru un augstu ieviešanas izmaksas, nav sasniedzis līdzīgu lielapjoma lietojumu, kā šķidrmetālu vai satelītsakaru sistēmas.
2. Sistēmas pozicionēšana
   Šajā risinājumā izstrādātais gudrais skaitītājs darbojas kā daudzfunkcionālās zema sprieguma elektrosaites nosūtījuma tālākas lasīšanas sistēmas galvenais pamatelementa vienība. Tas darbojas sadarbībā ar datu koncentratoriem un aizmugurkrāsas pārvaldības sistēmām, mērķis ir aizstāt manuālo skaitītāju lasīšanu dažādos scenārijos, piemēram, zema sprieguma dzīvojamās ēkas patērētāji, lieli patērētāji (galvenie lietotāji) un transformatoru stacijas, lai visbeidzot sasniegtu pilnīgu automatizāciju un intelektualizāciju enerģijas pārvaldībā.

II. Gudra skaitītāja hardvera dizains

1. Kopējā hardvera arhitektūra
   Sistēmas hardvers balstās uz mikroprocesora vienību (MCU), integrējot atbalstošus moduļus, piemēram, vārdnieku, datu glabāšanu, strāvas nogriešanas detektāju, enerģijas pārveidošanu, nosūtījuma komunikāciju, displeja vienību, relēju kontroli un skaitītāja barošanu. Katrs modulis sadarbojas, lai nodrošinātu skaitītāja stabili un uzticami darbību. (Skatiet strukturālo diagrammu dokumenta 1. figūrā.)
2. Galveno hardvera moduļu detaļas
   | Hardvera modulis | Galvenā komponente / specifikācija | Galvenā funkcija |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Kontrole (MCU) | AT89C2051 mikrokontrolers | Apstrādā skaitītāja datus (aprēķināšana, glabāšana); reaģē uz koncentratora komandām (enerģijas datu ielāde, enerģijas piegādes ie- vai izslēgšana); kontrolē displeju. |
   | Enerģijas pārveidošanas shēma | AD7755 augstas precizitātes integrētā šķīdums | Pārveido patērēto enerģiju (kW·h) par digitālajiem impulsiem, kas apstrādāmi MCU; elektronisko skaitītāju galvenā funkcija. |
   | Nosūtījuma komunikācijas modulis | - | Savienojas ar elektrosaiti caur savienojuma shēmu; modulē un demodulē digitālos un analoģos signālus divvirziena datu pārraidīšanai. |
   | Displeja vienība | - | Rāda enerģijas patēriņu, laiku, izmantošanas periodus (augsts/plakss/ziele), tarifu, u.c., vadīta programmatūrā. |
   | Relē | - | Saņem MCU komandas; paliek slēgta normālajā darbībā, izpilda strāvas nogriešanu gadījumā, ja neapmaksātas rēķini vai attālinātas komandas enerģijas pārvaldībai. |
   | Datu glabāšana | 24CoX seriāls glabāšanas šķīdums | Glabā kritiskus datus (piemēram, enerģijas patēriņu) strāvas nogriešanas laikā; atbalsta strāvas nogriešanas saglabāšanu, ilgu glabāšanas laiku, izmanto I2C lasīšanas/rakstīšanas metodi. |
   | Skaitītāja barošana | - | Sniedz stabilu barošanu visiem hardvera šķīdumiem, tostarp MCU, komunikācijas moduliem un displeja vienībām. |
   | Strāvas nogriešanas detektors un vārdnieks | - | Strāvas nogriešanas detektors: Uzrauga spriegumu un aktivizē datu aizsardzību nelabvēlīgos apstākļos; Vārdnieks: Novērš programmas bloķēšanos un ļauj sistēmai automātiski restartēties. |
3. Skaitītāja darbības princips
   • Enerģijas skaitīšana: Lietotāja enerģijas patēriņš tiek pārveidots par digitālajiem impulsiem ar AD7755 šķīdumu. MCU skaita noteiktus impulsu skaitu kā 1 kW·h, balstoties uz iepriekš iestatītajiem parametriem, un tos akumulē un glabā, ņemot vērā augstos, plakus un zemos periodus.
   • Datu interakcija: Dati koncentrators izsniedz skaitītāju lasīšanas vai kontrolles komandas. Skaitītājs ielādē glabātos enerģijas datus caur nosūtījuma moduli pa elektrosaiti. Ja saņemta strāvas nogriešanas komanda, MCU tūlīt kontrolē relē, lai veiktu strāvas nogriešanas operāciju.
   • Neparedzēto situāciju aizsardzība: Strāvas nogriešanas detektora shēma informē MCU, lai ātri pārnestrādātu kritiskos datus uz 24CoX šķīdumu, ja notiek strāvas anomalijas. Vārdnieka modulis piespiež sistēmu automātiski restartēties, ja notiek programmas trūkumi, nodrošinot uzticamību.

III. Gudra skaitītāja programmēšanas dizains

1. Programmēšanas pieeja un galvenie mērķi
   Lietota asambležu valoda un C valoda, lai saskaņotu programmas efektivitāti un izstrādes elastību. Galvenie mērķi ir automatizēt un intelektualizēt skaitītāja funkcijas, samazinot MCU glabāšanas resursu izmantošanu.
2. Galvenie programmas moduļi
   • Datu iegūšanas un apstrādes modulis: Izveido enerģijas impulss, aprēķina kopējo lietotāja enerģijas patēriņu un statistikas kategorijas periodā (augsts/plakss/ziems).
   • Komunikācijas interakcijas modulis: Ļauj divvirziena komunikāciju ar koncentratoru, tostarp pulkstenim sinhronizāciju, reāllaika/mēneša enerģijas datu ielādi un relē komandu (piemēram, enerģijas piegādes ie- vai izslēgšana) saņemšanu un izpildi.
   • Aizsardzības un neparedzēto situāciju apstrādes modulis: Integrē programmatūras vārdnieku, uzticamu strāvas iegriešanas noteikšanu (novēršot datu bojājumu), strāvas nogriešanas detektora un datu apstrādi, sadarbojas ar hardveru, lai nodrošinātu sistēmas stabilitāti.
   • Perioda un tarifu pārvaldības modulis: Iestata perioda noteikumus daudztaisnu lietojumprogrammām, reāllaikā noteica pašreizējo periodu un sniedz pamatu diferencētai skaitīšanai.
   • Displeja kontrolēšanas modulis: Vadīt displeja vienību, lai rādītu enerģijas patēriņu, laiku, tarifus un citus nepieciešamus datus, nodrošinot intuītīvu datu vizualizāciju.
3. Galvenās programmas darbības gaita
   Pēc sistēmas starta tiek veikta "uzticama strāvas iegriešana" noteikšana→parametri tiek inicializēti vai vēsturiskie dati tiek nolasīti, balstoties uz noteikšanas rezultātu→tieksme tiek iestatīta un pašreizējais izmantošanas periods tiek noteikts→pārbaudīts, vai tas ir skaitītāja lasīšanas diena, un dati tiek sagatavoti→tieksme tiek noteikta reāllaikā un aktivizēta aizsardzība→tiek noteiktas nosūtījuma komandas un veikta komunikācijas apstrāde→tieksme tiek atiestatīta, un cikls atkārtojas. (Skatiet dokumenta 2. figūrā detaļā aprakstīto gaitu.)

IV. Attālinātās skaitīšanas sistēma un perspektīvas

1. Sistēmas sastāvs un funkcijas
   Pilna attālinātās skaitīšanas sistēma sastāv no trim daļām:
   • Gudrs skaitītājs: Atbild par termināla skaitīšanu un komandu izpildi.
   • Datu koncentrators: Atbild par starpnieka datu agregāciju un komandu izplatīšanu.
   • Aizmugurkrāsas pārvaldības sistēma: Atbild par datu statistiku, analīzi, līnijas zaudējumu aprēķināšanu, izņēmuma brīdinājumiem un ziņojumu ģenerēšanu.
   Sistēmas galvenā funkcija ir sasniegt pilnīgu automatizāciju no enerģijas iegūšanas→datu pārraidīšanas→statistikas vaicājumiem→līnijas zaudējumu analīze→izņēmuma brīdinājumi→ziņojumu ģenerēšana, pilnībā aizstājot manuālo skaitītāju lasīšanu.
2. Priekšrocības un perspektīvas
   Salīdzinājumā ar bezvadu vai specializētām līnijas risinājumiem šī sistēma izmanto esošās elektrosaites, piedāvājot zemas investīciju izmaksas, vieglu uzturēšanu un lielu potenciālu plašam izmantojumam. Tā nodrošina solīdu tehnisko pamatu nākotnes gudrākajām kopienām, lai sasniegtu "trīs skaitītāju attālināto pārraidīšanu" (elektrība, ūdens, gāze) un varētu turpmāk integrēt banku sistēmas, lai automātiski atmaksātu elektrības rēķinus, ļoti palielinot iedzīvotāju komfortu.
3. Nākotnes izaicinājumi
   • Tehnisks līmenis: Turpināt uzlabot skaitītāja datu iegūšanas ātrumu (nodrošinot veiksmīgu datu pārraidīšanu) un optimizēt relē algoritmus, lai uzlabotu komunikācijas stabilitāti sarežģītās elektrosaites vidē.
   • Lietojuma līmenis: Piekāpties enerģijas reformas tendencēm, veicināt dziļāku sistēmas integrāciju ar tādām pašregulējošām funkcijām kā slodzes regulēšana un enerģijas taupības analīze.