Penyelesaian Meter Pintar Berdasarkan Pembawa Gelombang Rendah Tenaga Elektrik

1. Latar Belakang Reka Bentuk dan Penempatan Inti​

1. ​Latar Belakang Teknikal dan Pasaran​
   Dengan perkembangan pesat teknologi komputer, mikroelektronik, dan teknologi komunikasi, teknologi pembawa gelombang rendah voltan (220V) telah matang dan menduduki kedudukan dominan dalam bidang sistem bacaan meter automatik. Sebaliknya, garis kuasa tinggi, disebabkan oleh pelbagai faktor gangguan dan kos pelaksanaan yang tinggi, belum mencapai aplikasi berskala besar seperti serat optik atau komunikasi satelit.
2. ​Penempatan Sistem​
   Meter pintar yang direka dalam penyelesaian ini berfungsi sebagai unit dasar inti bagi sistem bacaan meter jauh melalui pembawa gelombang rendah voltan multifungsi. Ia bekerja bersama dengan pengumpul data dan sistem pengurusan belakang, bertujuan untuk menggantikan bacaan meter manual dalam pelbagai skenario seperti pengguna perumahan rendah voltan, pengguna besar (pengguna utama), dan stesen transformator, akhirnya mencapai penuh automasi dan kecerdasan dalam pengurusan elektrik.

​II. Reka Bentuk Perkakasan Meter Pintar​

1. ​Struktur Keseluruhan Perkakasan​
   Sistem perkakasan berpusat pada unit pemprosesan mikro (MCU), diintegrasikan dengan modul sokongan seperti penjaga anjing, penyimpanan data, pengesanan putus kuasa, pemindahan tenaga, komunikasi pembawa, unit paparan, kawalan relai, dan bekalan kuasa meter. Setiap modul bekerjasama untuk memastikan operasi stabil dan boleh dipercayai meter. (Rujuk Gambar 1 dalam dokumen asal untuk gambar struktur.)
2. ​Butiran Modul Perkakasan Utama​
   | Modul Perkakasan | Komponen Utama / Spesifikasi | Fungsi Utama |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Unit Kawalan (MCU) | Mikropemproses AT89C2051 | Memproses data pengukuran (pengiraan, penyimpanan); menanggapi arahan pengumpul (mengunggah data tenaga, melaksanakan hidup/mati kuasa); mengawal paparan. |
   | Litar Pemindahan Tenaga | Cip terintegrasi AD7755 berketepatan tinggi | Mengubah tenaga yang digunakan pengguna (kW·h) menjadi pulsa digital yang boleh diproses oleh MCU; ciri utama meter elektronik. |
   | Modul Komunikasi Pembawa | - | Dihubungkan ke garis kuasa melalui litar penghubung; memodulasi dan demodulasi isyarat digital dan analog untuk penghantaran data dua hala. |
   | Unit Paparan | - | Menunjukkan penggunaan tenaga, masa, tempoh penggunaan (puncak/luruh/lembah), kadar tarif, dll., dikendalikan oleh perisian. |
   | Relai | - | Menerima arahan MCU; tetap tertutup semasa operasi normal, melaksanakan pemutusan kuasa jika bayaran tidak dibayar atau arahan jarak jauh untuk pengurusan elektrik. |
   | Penyimpanan Data | Cip penyimpanan siri 24CoX | Menyimpan data penting (misalnya, penggunaan tenaga) semasa putus kuasa; menyokong penyimpanan semasa putus kuasa, masa penyimpanan yang panjang, dan menggunakan kaedah baca/tulis I2C. |
   | Bekalan Kuasa Meter | - | Memberikan kuasa stabil kepada semua litar perkakasan, termasuk MCU, modul komunikasi, dan unit paparan. |
   | Pengesanan Putus Kuasa & Penjaga Anjing | - | Pengesanan putus kuasa: Memantau voltan dan memicu perlindungan data semasa anjakan; Penjaga anjing: Mencegah deadlock program dan membolehkan reset sistem otomatis. |
3. ​Prinsip Kerja Meter​
   • ​Pengukuran Tenaga: Penggunaan tenaga pengguna diubah menjadi pulsa digital oleh cip AD7755. MCU menghitung bilangan pulsa tertentu sebagai 1 kW·h berdasarkan parameter yang ditetapkan dan mengumpulkan serta menyimpannya mengikut tempoh puncak, luruh, dan lembah.
   • ​Interaksi Data: Pengumpul data mengeluarkan arahan bacaan meter atau kawalan. Meter mengunggah data tenaga yang disimpan melalui modul pembawa melalui garis kuasa. Jika arahan pemutusan kuasa diterima, MCU segera mengawal relai untuk melaksanakan operasi pemutusan kuasa.
   • ​Perlindungan Kecemasan: Litar pengesanan putus kuasa memberitahu MCU untuk segera memindahkan data penting ke cip 24CoX apabila anjakan kuasa dikesan. Modul penjaga anjing memaksa reset sistem jika program gagal, memastikan kebolehpercayaan.

​III. Reka Bentuk Perisian Meter Pintar​

1. ​Pendekatan Pemrograman dan Objektif Utama​
   Campuran bahasa assembli dan bahasa C digunakan untuk pemrograman, menyeimbangkan kecekapan program dan fleksibiliti pembangunan. Objektif utama adalah untuk mengautomatiskan dan mengintelligensikan fungsi meter sambil meminimumkan penggunaan penyimpanan MCU.
2. ​Modul Program Utama​
   • ​Modul Pengumpulan dan Pemprosesan Data: Mengumpulkan pulsa tenaga, mengira penggunaan tenaga total pengguna, dan mengategorikan statistik mengikut tempoh (puncak/luruh/lembah).
   • ​Modul Interaksi Komunikasi: Membolehkan komunikasi dua hala dengan pengumpul, termasuk sinkronisasi jam, mengunggah data tenaga masa nyata/bulanan, dan menerima serta melaksanakan arahan relai (misalnya, kawalan hidup/mati kuasa).
   • ​Modul Perlindungan dan Penanganan Kecemasan: Mengintegrasikan penjaga anjing perisian, penentuan kuasa hidup yang boleh dipercayai (mencegah kerusakan data), pengesanan putus kuasa, dan pemprosesan data, bekerja dengan perkakasan untuk memastikan kestabilan sistem.
   • ​Modul Pengurusan Tempoh dan Tarif: Menetapkan peraturan tempoh untuk aplikasi multi-tarif, menentukan tempoh semasa secara real-time, dan memberikan asas untuk pengukuran berbeza.
   • ​Modul Kawalan Paparan: Menggerakkan unit paparan untuk menunjukkan penggunaan tenaga, masa, kadar tarif, dan maklumat lain yang diperlukan, memastikan visualisasi data intuitif.
3. ​Aliran Program Utama Perisian​
   Selepas permulaan sistem, penentuan "kuasa hidup yang boleh dipercayai" dilakukan→parameter diinisialisasi atau data sejarah dibaca berdasarkan hasil penentuan&rarr>selang masa ditetapkan dan tempoh penggunaan semasa ditentukan&rarr>diperiksa sama ada hari itu adalah hari bacaan meter dan data disediakan&rarr>putus kuasa dikesan secara real-time dan perlindungan dipicu&rarr>arahan pembawa dikesan dan pemprosesan komunikasi dilaksanakan&rarr>selang waktu ditetapkan semula, dan siklus berulang. (Rujuk Gambar 2 dalam dokumen asal untuk aliran terperinci.)

​IV. Sistem Bacaan Meter Jauh dan Prospek Aplikasi​

1. ​Susunan dan Fungsi Sistem​
   Sistem bacaan meter jauh yang lengkap terdiri daripada tiga bahagian:
   • ​Meter Pintar: Bertanggungjawab untuk pengukuran terminal dan pelaksanaan arahan.
   • ​Pengumpul Data: Bertanggungjawab untuk pengagihan data dan arahan di tahap pertengahan.
   • ​Sistem Pengurusan Belakang: Bertanggungjawab untuk statistik data, analisis, pengiraan kehilangan garis, amaran kecemasan, dan generasi laporan.
   Fungsi inti sistem adalah untuk mencapai penuh automasi dari pengumpulan tenaga→penghantaran data→penyelidikan statistik→analisis kehilangan garis→amaran kecemasan&rarr>generasi laporan, sepenuhnya menggantikan bacaan meter manual.
2. ​Kelebihan dan Prospek​
   Berdibanding dengan penyelesaian tanpa wayar atau jalur khas, sistem ini menggunakan garis kuasa sedia ada, menawarkan kos pelaburan yang rendah, mudah pemeliharaan, dan potensi adopsi yang luas. Ia meletakkan asas teknikal yang kukuh untuk komuniti pintar masa depan untuk mencapai "penghantaran jauh tiga meter" (elektrik, air, gas) dan boleh lebih lanjut diintegrasikan dengan sistem bank untuk pemotongan automatik yuran elektrik, meningkatkan kemudahan penduduk secara signifikan.
3. ​Cabarannya di Masa Depan​
   • ​Taraf Teknikal: Penambahbaikan berterusan dalam kadar pengambilan data meter (memastikan penghantaran data yang berjaya) dan pengoptimuman algoritma relai untuk meningkatkan kestabilan komunikasi dalam persekitaran garis kuasa yang kompleks.
   • ​Taraf Aplikasi: Beradaptasi dengan trend reformasi kuasa, mempromosikan integrasi yang lebih mendalam sistem dengan fungsi-fungsi pengurusan maju seperti pengaturan beban dan analisis penghematan tenaga.