โซลูชันมิเตอร์อัจฉริยะบนพื้นฐานของสายส่งไฟฟ้าแรงดันต่ำ

1. แนวคิดการออกแบบและตำแหน่งหลัก​

1. ​พื้นหลังทางเทคนิคและการตลาด​
   ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีการสื่อสาร เทคโนโลยีการส่งผ่านข้อมูลผ่านสายไฟฟ้าแรงต่ำ (220V) ได้พัฒนาจนถึงระดับที่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีบทบาทสำคัญในระบบการอ่านค่ามิเตอร์อัตโนมัติ ในทางตรงกันข้าม สายไฟฟ้าแรงสูงเนื่องจากปัจจัยรบกวนหลายประการและต้นทุนในการดำเนินการสูง จึงยังไม่สามารถนำไปใช้งานในขนาดใหญ่เหมือนกับการสื่อสารผ่านเส้นใยแสงหรือดาวเทียม
2. ​ตำแหน่งของระบบ​
   มิเตอร์อัจฉริยะที่ออกแบบในโซลูชันนี้ทำหน้าที่เป็นหน่วยพื้นฐานหลักของระบบการอ่านค่ามิเตอร์ระยะไกลผ่านสายไฟฟ้าแรงต่ำแบบหลายฟังก์ชัน ทำงานร่วมกับเครื่องรวบรวมข้อมูลและระบบจัดการหลังบ้าน เพื่อแทนที่การอ่านค่ามิเตอร์ด้วยมือในสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น ผู้ใช้ไฟฟ้าแรงต่ำ ผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหญ่ (ผู้ใช้สำคัญ) และสถานีแปลงไฟฟ้า โดยมีเป้าหมายเพื่อบรรลุการบริหารจัดการไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบและอัตโนมัติ

​II. การออกแบบฮาร์ดแวร์ของมิเตอร์อัจฉริยะ​

1. ​สถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์โดยรวม​
   ระบบฮาร์ดแวร์มีศูนย์กลางอยู่ที่หน่วยประมวลผลไมโคร (MCU) พร้อมโมดูลสนับสนุนเช่น ตัวเฝ้าระวัง ระบบเก็บข้อมูล การตรวจจับการตัดไฟ การแปลงพลังงาน การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า หน่วยแสดงผล การควบคุมรีเลย์ และแหล่งจ่ายไฟให้มิเตอร์ แต่ละโมดูลทำงานร่วมกันเพื่อให้การดำเนินงานของมิเตอร์มั่นคงและเชื่อถือได้ (โปรดดูแผนภาพโครงสร้างในเอกสารฉบับเดิม รูปที่ 1)
2. ​รายละเอียดของโมดูลฮาร์ดแวร์หลัก​
   | โมดูลฮาร์ดแวร์ | ส่วนประกอบหลัก / ข้อกำหนด | ฟังก์ชันหลัก |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | หน่วยควบคุม (MCU) | ไมโครคอนโทรลเลอร์ AT89C2051 | ประมวลผลข้อมูลการวัด (คำนวณ, จัดเก็บ); ตอบสนองคำสั่งจากเครื่องรวบรวมข้อมูล (อัปโหลดข้อมูลพลังงาน, ควบคุมการเปิด-ปิดไฟ); ควบคุมการแสดงผล |
   | วงจรแปลงพลังงาน | ชิปรวมความแม่นยำสูง AD7755 | แปลงพลังงานที่ผู้ใช้บริโภค (kW·h) เป็นพัลส์ดิจิตอลที่ MCU สามารถประมวลผลได้; เป็นคุณสมบัติหลักของมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ |
   | โมดูลการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า | - | เชื่อมต่อกับสายไฟฟ้าผ่านวงจรคูปลิง; ปรับและแยกสัญญาณดิจิตอลและอนาล็อกสำหรับการส่งข้อมูลสองทาง |
   | หน่วยแสดงผล | - | แสดงการบริโภคพลังงาน เวลา ช่วงเวลาการใช้งาน (Peak/Flat/Valley) อัตราค่าไฟฟ้า ฯลฯ ขับเคลื่อนโดยซอฟต์แวร์ |
   | รีเลย์ | - | รับคำสั่งจาก MCU; ปิดอยู่ในระหว่างการทำงานปกติ ทำการตัดไฟเมื่อมีการชำระเงินล่าช้าหรือคำสั่งจากระยะไกลสำหรับการจัดการไฟฟ้า |
   | ระบบเก็บข้อมูล | ชิปเก็บข้อมูลซีรีส์ 24CoX | จัดเก็บข้อมูลสำคัญ (เช่น การบริโภคพลังงาน) ระหว่างการตัดไฟ; รองรับการเก็บข้อมูลระหว่างการตัดไฟ ระยะเวลาการเก็บข้อมูลยาวนาน และใช้วิธีการอ่าน-เขียน I2C |
   | แหล่งจ่ายไฟมิเตอร์ | - | จ่ายไฟให้กับวงจรฮาร์ดแวร์ทั้งหมด รวมถึง MCU โมดูลการสื่อสาร และหน่วยแสดงผล |
   | การตรวจจับการตัดไฟและตัวเฝ้าระวัง | - | การตรวจจับการตัดไฟ: ตรวจสอบแรงดันและทริกเกอร์การป้องกันข้อมูลเมื่อมีความผิดปกติ; ตัวเฝ้าระวัง: ป้องกันการหยุดทำงานของโปรแกรมและทำให้ระบบรีเซ็ตอัตโนมัติ |
3. ​หลักการการทำงานของมิเตอร์​
   • ​การวัดพลังงาน: การบริโภคพลังงานของผู้ใช้ถูกแปลงเป็นพัลส์ดิจิตอลโดยชิป AD7755 MCU นับจำนวนพัลส์ที่เฉพาะเจาะจงเป็น 1 kW·h ตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ และสะสมและจัดเก็บตามช่วงเวลา Peak, Flat, และ Valley
   • ​การแลกเปลี่ยนข้อมูล: เครื่องรวบรวมข้อมูลส่งคำสั่งอ่านค่าหรือควบคุม มิเตอร์ส่งข้อมูลพลังงานที่จัดเก็บผ่านโมดูลการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า หากได้รับคำสั่งตัดไฟ MCU จะควบคุมรีเลย์ทันทีเพื่อทำการตัดไฟ
   • ​การป้องกันกรณีพิเศษ: วงจรตรวจจับการตัดไฟแจ้งให้ MCU โอนข้อมูลสำคัญไปยังชิป 24CoX อย่างรวดเร็วเมื่อมีการตรวจพบความผิดปกติของไฟฟ้า โมดูลตัวเฝ้าระวังบังคับให้ระบบรีเซ็ตในกรณีที่โปรแกรมมีปัญหา ทำให้ระบบมีความเชื่อถือได้

​III. การออกแบบซอฟต์แวร์ของมิเตอร์อัจฉริยะ​

1. ​วิธีการเขียนโปรแกรมและเป้าหมายหลัก​
   ใช้ภาษาแอสเซมบลีและภาษาซีผสมกันในการเขียนโปรแกรม เพื่อความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของโปรแกรมและความยืดหยุ่นในการพัฒนา เป้าหมายหลักคือการทำให้ฟังก์ชันของมิเตอร์เป็นอัตโนมัติและอัจฉริยะ ขณะเดียวกันลดการใช้พื้นที่จัดเก็บของ MCU
2. ​โมดูลโปรแกรมหลัก​
   • ​โมดูลการรวบรวมและประมวลผลข้อมูล: รวบรวมพัลส์พลังงาน คำนวณการบริโภคพลังงานรวมของผู้ใช้ และแบ่งสถิติตามช่วงเวลา (Peak/Flat/Valley)
   • ​โมดูลการสื่อสารและการแลกเปลี่ยนข้อมูล: ทำให้สามารถสื่อสารสองทางกับเครื่องรวบรวมข้อมูล รวมถึงการซิงค์เวลา การอัปโหลดข้อมูลพลังงานแบบเรียลไทม์/รายเดือน และการรับและดำเนินการคำสั่งรีเลย์ (เช่น การควบคุมการเปิด-ปิดไฟ)
   • ​โมดูลการป้องกันและการจัดการกรณีพิเศษ: รวมซอฟต์แวร์ตัวเฝ้าระวัง การตรวจสอบการเปิดไฟที่เชื่อถือได้ (ป้องกันการเสียหายของข้อมูล) การตรวจจับการตัดไฟ และการประมวลผลข้อมูล ทำงานร่วมกับฮาร์ดแวร์เพื่อให้ระบบมั่นคง
   • ​โมดูลการจัดการช่วงเวลาและอัตราค่าไฟฟ้า: ตั้งกฎช่วงเวลาสำหรับการใช้งานหลายอัตราค่าไฟฟ้า กำหนดช่วงเวลาปัจจุบันในแบบเรียลไทม์ และให้ข้อมูลสำหรับการวัดแบบแยกประเภท
   • ​โมดูลควบคุมการแสดงผล: ขับเคลื่อนหน่วยแสดงผลเพื่อแสดงการบริโภคพลังงาน เวลา อัตราค่าไฟฟ้า และข้อมูลอื่น ๆ ตามความต้องการ ทำให้การมองเห็นข้อมูลเป็นไปอย่างชัดเจน
3. ​ลำดับการทำงานของโปรแกรมหลัก​
   หลังจากการเริ่มต้นระบบ จะทำการตรวจสอบ "การเปิดไฟที่เชื่อถือได้" → ทำการเริ่มต้นพารามิเตอร์หรืออ่านข้อมูลประวัติตามผลของการตรวจสอบ → ตั้งช่วงเวลาและกำหนดช่วงเวลาการใช้งานปัจจุบัน → ตรวจสอบว่าวันนี้เป็นวันอ่านค่ามิเตอร์หรือไม่และเตรียมข้อมูล → ตรวจจับการตัดไฟในแบบเรียลไทม์และทริกเกอร์การป้องกัน → ตรวจจับคำสั่งผ่านสายไฟฟ้าและดำเนินการสื่อสาร → รีเซ็ตช่วงเวลา และทำซ้ำวงจร (โปรดดูลำดับการทำงานละเอียดในรูปที่ 2 ของเอกสารฉบับเดิม)

​IV. ระบบการอ่านค่ามิเตอร์ระยะไกลและการคาดการณ์อนาคต​

1. ​องค์ประกอบและฟังก์ชันของระบบ​
   ระบบการอ่านค่ามิเตอร์ระยะไกลที่สมบูรณ์ประกอบด้วยสามส่วน:
   • ​มิเตอร์อัจฉริยะ: รับผิดชอบการวัดค่ามิเตอร์และดำเนินการตามคำสั่ง
   • ​เครื่องรวบรวมข้อมูล: รับผิดชอบการรวบรวมข้อมูลกลางและกระจายคำสั่ง
   • ​ระบบจัดการหลังบ้าน: รับผิดชอบการจัดการสถิติ การวิเคราะห์ การคำนวณการสูญเสียพลังงาน การแจ้งเตือนกรณีพิเศษ และการสร้างรายงาน
   ฟังก์ชันหลักของระบบคือการบรรลุการอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์จากกระบวนการรวบรวมพลังงาน→การส่งข้อมูล→การค้นหาสถิติ→การวิเคราะห์การสูญเสียพลังงาน→การแจ้งเตือนกรณีพิเศษ→การสร้างรายงาน แทนที่การอ่านค่ามิเตอร์ด้วยมืออย่างสมบูรณ์
2. ​ข้อดีและแนวโน้มในอนาคต​
   เมื่อเทียบกับโซลูชันไร้สายหรือสายเฉพาะ เนื่องจากระบบนี้ใช้สายไฟฟ้าที่มีอยู่แล้ว จึงมีต้นทุนการลงทุนต่ำ ง่ายต่อการบำรุงรักษา และมีศักยภาพในการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานทางเทคนิคที่แข็งแกร่งสำหรับชุมชนอัจฉริยะในอนาคตในการส่งข้อมูลระยะไกลของ "สามมิเตอร์" (ไฟฟ้า น้ำ แก๊ส) และสามารถรวมกับระบบธนาคารเพื่อการหักค่าไฟฟ้าอัตโนมัติ ทำให้สะดวกสบายมากขึ้นสำหรับผู้อยู่อาศัย
3. ​ความท้าทายในอนาคต​
   • ​ระดับเทคนิค: การปรับปรุงอัตราการส่งข้อมูลของมิเตอร์อย่างต่อเนื่อง (เพื่อให้แน่ใจว่าการส่งข้อมูลสำเร็จ) และการปรับปรุงอัลกอริทึมของรีเลย์เพื่อเพิ่มความมั่นคงในการสื่อสารในสภาพแวดล้อมสายไฟฟ้าที่ซับซ้อน
   • ​ระดับการใช้งาน: การปรับตัวให้เข้ากับแนวโน้มการปฏิรูปพลังงาน และส่งเสริมการรวมระบบกับฟังก์ชันการจัดการขั้นสูง เช่น การปรับโหลดและการวิเคราะห์การประหยัดพลังงาน