Inteligentno rešenje za merenje bazirano na niskonaponskom nosaču struje

1. Dizajn pozadina i ključna pozicioniranja​

1. ​Tehnička i tržišna pozadina​
   Sa brzim razvojem računarstva, mikroelektronike i komunikacionih tehnologija, tehnologija prenosa signala niskonaponskim (220V) električnim mrežama dozivela je zrelost i postavila dominantnu poziciju u području sistema automatskog čitanja brojila. U suprotnosti, visokonaponske linije, zbog više faktora interferencije i visokih troškova implementacije, nisu postigle veliku primenu sličnu optičkim vlaknima ili satelitskoj komunikaciji.
2. ​Pozicioniranje sistema​
   Pametno brojilo dizajnirano u ovom rešenju služi kao ključna donja jedinica multifunkcionalnog sistema dalekovodne čitanja brojila preko niskonaponskih električnih mreža. Deluje u koordinaciji sa koncentratorima podataka i sistemom za upravljanje na serveru, sa ciljem da zameni ručno čitanje brojila u različitim scenarijima, poput niskonaponskih stanovničkih korisnika, velikih potrošača (ključnih korisnika) i transformatornih stanica, konačno ostvarujući potpunu automatizaciju i inteligentnost u upravljanju strujom.

​II. Hardverski dizajn pametnog brojila​

1. ​Ukupna hardverska arhitektura​
   Sistem hardvera je centriran oko mikroprocesorske jedinice (MCU), integrisane sa podržavajućim modulima kao što su čuvar, pohrana podataka, otkrivanje isključivanja napajaća, pretvaranje energije, komunikacija prenosom signala, prikazna jedinica, kontrola releja i napajanje brojila. Svaki modul saradi kako bi osigurao stabilno i pouzdano funkcionisanje brojila. (Pogledati Sliku 1 u originalnom dokumentu za strukturalni dijagram.)
2. ​Detalji ključnih hardverskih modula​
   | Hardverski modul | Jezgra komponente / specifikacija | Glavna funkcija |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Kontrolna jedinica (MCU) | Mikrokontroler AT89C2051 | Procesira podatke o merenju (računanje, pohrana); odgovara na komande koncentratora (slanje podataka o potrošnji, izvršavanje uključivanja/isključivanja napajaća); kontrola prikaza. |
   | Kola za pretvaranje energije | Visoko precizni integrirani čip AD7755 | Pretvara potrošenu energiju korisnika (kW·h) u digitalne impulse procesabilne MCU-om; ključna osobina elektronskih brojila. |
   | Modul za komunikaciju prenosom signala | - | Povezuje se sa električnom mrezom preko kola za spojnicu; modulira i demodulira digitalne i analogni signale za bidirekcionu transmisiju podataka. |
   | Prikazna jedinica | - | Prikazuje potrošnju energije, vreme, period koriscenja (vrh/flat/dolina), tarife itd., pokreće se softverom. |
   | Relej | - | Prima komande MCU-a; ostaje zatvoren tokom normalnog rada, izvršava isključivanje napajaća u slučaju neplaćenih troškova ili daljinskih komandi za upravljanje strujom. |
   | Pohrana podataka | Serija čipova za pohranu 24CoX | Pohranjuje ključne podatke (npr. potrošnja energije) tokom isključivanja napajaća; podržava pohranu prilikom isključivanja, dugoročnu pohranu i koristi I2C metodu čitanja/pisanja. |
   | Napajanje brojila | - | Pruža stabilno napajanje svim hardverskim kolinama, uključujući MCU, komunikacioni modul i prikaznu jedinicu. |
   | Otkrivanje isključivanja napajaća & čuvar | - | Otkrivanje isključivanja napajaća: Monitoresi napon i aktivira zaštitu podataka prilikom anormalnosti; Čuvar: Sprječava deadlock programe i omogućuje automatsko resetovanje sistema. |
3. ​Princip rada brojila​
   • ​Merenje energije: Potrošnja energije korisnika pretvori se u digitalne impulse čipom AD7755. MCU prebrojava određeni broj impulsa kao 1 kW·h na osnovu unapred postavljenih parametara i akumulira i pohranjuje ih prema periodima vrha, flat i doline.
   • ​Interakcija podataka: Koncentrator podataka šalje komande za čitanje brojila ili kontrolu. Brojilo šalje pohranjene podatke o potrošnji energije preko modula za komunikaciju prenosom signala preko električne mreže. Ako se prima komanda za isključivanje napajaća, MCU odmah kontrolira relej da izvrši operaciju isključivanja napajaća.
   • ​Zaštita od anomalija: Kolo za otkrivanje isključivanja napajaća obaveštava MCU da brzo prenese ključne podatke na čip 24CoX kada se detektuju anomalije napajaća. Modul čuvara prisiljavajući resetovanje sistema u slučaju grešaka programa, osiguravajući pouzdanost.

​III. Softverski dizajn pametnog brojila​

1. ​Pristup programiranju i ključni ciljevi​
   Kombinacija jezika assemblerskih instrukcija i C jezika koristi se za programiranje, balansirajući efikasnost programa i fleksibilnost razvoja. Ključni ciljevi su automatizacija i inteligentizacija funkcija brojila uz minimalnu upotrebu prostora za pohranu MCU-a.
2. ​Glavni programski moduli​
   • ​Modul za prikupljanje i obradu podataka: Skuplja impulsne podatke o energiji, računa ukupnu potrošnju energije korisnika i kategorizuje statistiku po periodima (vrh/flat/dolina).
   • ​Modul za interakciju komunikacijom: Omogućava bidirekcionu komunikaciju sa koncentratorom, uključujući sinkronizaciju satnice, slanje realnog/mesecnih podataka o potrošnji energije i primanje i izvršavanje komandi releja (npr. kontrola uključivanja/isključivanja napajaća).
   • ​Modul za zaštitu i obradu anomalija: Integrira softverski čuvar, pouzdanu determinaciju uključivanja napajaća (sprječavanje oštećenja podataka), otkrivanje isključivanja napajaća i obradu podataka, rad sa hardverom kako bi osigurao stabilnost sistema.
   • ​Modul za upravljanje periodima i tarifama: Postavlja pravila perioda za primjenu višestrukih tarifa, određuje trenutni period u stvarnom vremenu i pruža osnovu za diferencirano merenje.
   • ​Modul za kontrolu prikaza: Pokreće prikaznu jedinicu za prikazivanje potrošnje energije, vremena, tarifa i drugih informacija po potrebi, osiguravajući intuitivnu vizualizaciju podataka.
3. ​Osnovni tok glavnog softverskog programa​
   Nakon pokretanja sistema, izvršava se "pouzdana determinacija uključivanja napajaća" → inicijalizacija parametara ili čitanje povijesnih podataka na osnovu rezultata determinacije → postavljanje intervala vremena i određivanje trenutnog perioda koriscenja → provjera je li to dan za čitanje brojila i priprema podataka → detekcija isključivanja napajaća u stvarnom vremenu i aktiviranje zaštite → detekcija komandi prenosa signala i izvršavanje obrade komunikacije → resetovanje intervala, i ciklus se ponavlja. (Pogledati Sliku 2 u originalnom dokumentu za detaljan tok.)

​IV. Daljinski sistem merenja i perspektive primene​

1. ​Sastav i funkcije sistema​
   Potpuni daljinski sistem merenja sastoji se od tri dijela:
   • ​Pametno brojilo: Odgovorno za terminalno merenje i izvršavanje komandi.
   • ​Koncentrator podataka: Odgovoran za međuspremnu agregaciju podataka i distribuciju komandi.
   • ​Sistem za upravljanje na serveru: Odgovoran za statistiku, analizu, izračunavanje gubitaka u mreži, alarmanomalija i generisanje izveštaja.
   Ključna funkcija sistema je postići potpunu automatizaciju od prikupljanja energije → prenosa podataka → statističkih upita → analize gubitaka u mreži → alarmanomalija → generisanja izveštaja, potpuno zamjenjujući ručno čitanje brojila.
2. ​Prednosti i perspektive​
   U usporedbi s bežičnim ili posebnim kanalnim rešenjima, ovaj sistem ispoljava postojeće električne mreže, nudeći niske investicione troškove, lakšu održavajuću i značajni potencijal za široku primenu. Stavlja čvrstu tehničku osnovu za buduće pametne zajednice da ostvare "daljinsku prenos tri mjernika" (struja, voda, plin) i može dalje biti integriran s bankarskim sistemima za automatsko skidanje troškova struje, značajno poboljšavajući udobnost stanovanja.
3. ​Buduce izazove​
   • ​Tehnički nivo: Nastavak poboljšanja stopa preuzimanja podataka brojila (osiguravanje uspešne transmisije podataka) i optimizacija algoritama releja kako bi se poboljšala stabilnost komunikacije u složenim okruženjima električnih mreža.
   • ​Nivo primene: Prilagođavanje trendovima reforme struje, promovisanje dublje integracije sistema s naprednim funkcijama upravljanja poput regulacije opterećenja i analize uštede energije.