Solusyon ng Smart Meter Batay sa Carrier ng Mababang Volt na Linyang Pambenta

1. Disenyo ng Background at Posisyon ng Core​

1. ​Teknikal at Background ng Pamilihan​
   Sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng kompyuter, mikroelektronika, at teknolohiya ng komunikasyon, ang teknolohiya ng carrier sa mababang voltage power line (220V) ay naging may matatag na posisyon sa larangan ng mga sistema ng awtomatikong pagbabasa ng meter. Sa kabilang banda, dahil sa maraming mga kadahilanan ng pagsasara at mataas na gastos ng pagpapatupad, ang high-voltage power lines ay hindi nakamit ang malawak na aplikasyon tulad ng fiber optics o satellite communication.
2. ​Posisyon ng Sistema​
   Ang smart meter na idinisenyo sa solusyong ito ay naglilingkod bilang core underlying unit ng multifunctional low-voltage power line carrier remote meter reading system. Ito ay gumagana nang may pakikipagtulungan sa data concentrators at backend management systems, na may layuning palitan ang manuwal na pagbabasa ng meter sa iba't ibang pangyayari tulad ng low-voltage residential users, malalaking consumers (key users), at substations, na may layuning makamit ang full automation at intelligence sa pagmamanage ng kuryente.

​II. Disenyo ng Hardware ng Smart Meter​

1. ​Kabuuang Arkitektura ng Hardware​
   Ang sistema ng hardware ay nakatuon sa microprocessing unit (MCU), na may suporta ng mga module tulad ng watchdog, data storage, power-off detection, energy conversion, carrier communication, display unit, relay control, at meter power supply. Ang bawat module ay nagtutulungan upang masiguro ang matatag at maasahang operasyon ng meter. (Sila ay tumitingin sa Figure 1 sa orihinal na dokumento para sa structural diagram.)
2. ​Mga Detalye ng Key Hardware Module​
   | Hardware Module | Core Component / Specification | Main Function |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Control Unit (MCU) | AT89C2051 microcontroller | Processes metering data (calculation, storage); responds to concentrator commands (uploading energy data, executing power on/off); controls display. |
   | Energy Conversion Circuit | AD7755 high-precision integrated chip| Converts user-consumed energy (kW·h) into digital pulses processable by the MCU; a core feature of electronic meters. |
   | Carrier Communication Module | - | Connects to the power line via a coupling circuit; modulates and demodulates digital and analog signals for bidirectional data transmission. |
   | Display Unit | - | Displays energy consumption, time, usage periods (peak/flat/valley), tariff rates, etc., driven by software. |
   | Relay | - | Receives MCU commands; remains closed during normal operation, executes power-off in case of unpaid fees or remote commands for electricity management. |
   | Data Storage | 24CoX series storage chip | Stores critical data (e.g., energy consumption) during power outages; supports power-off preservation, long storage time, and uses I2C read/write method. |
   | Meter Power Supply | - | Provides stable power to all hardware circuits, including the MCU, communication module, and display unit. |
   | Power-Off Detection & Watchdog | - | Power-off detection: Monitors voltage and triggers data protection during abnormalities; Watchdog: Prevents program deadlocks and enables system auto-reset. |
3. ​Pangunahing Prinsipyo ng Pagtrabaho ng Meter​
   • ​Energy Metering: Ang paggamit ng enerhiya ng user ay binabago sa digital pulses ng chip na AD7755. Ang MCU ay nagbilang ng isang tiyak na bilang ng pulses bilang 1 kW·h batay sa preset na mga parameter at iniipon at iniiwan sila ayon sa peak, flat, at valley periods.
   • ​Data Interaction: Ang data concentrator ay nagbibigay ng utos ng pagbasa ng meter o kontrol. Ang meter ay nag-upload ng iminumokong data ng enerhiya sa pamamagitan ng carrier module sa power line. Kung natanggap ang utos ng power-off, ang MCU agad na nagkokontrol ng relay upang maisagawa ang operasyon ng power-off.
   • ​Exception Protection: Ang power-off detection circuit ay sumusunod sa MCU upang mabilis na ilipat ang mahahalagang data sa 24CoX chip kapag natuklasan ang abnormalidad sa kuryente. Ang watchdog module ay pwersa na nagrereset ng sistema kung may malungkot na programa, na siyang nagbibigay ng reliabilidad.

​III. Disenyo ng Software ng Smart Meter​

1. ​Lakad ng Program at Pangunahing Layunin​
   Ginagamit ang combination ng assembly language at C language para sa pagprogram, na balanse ang epektibidad ng programa at flexibility ng pag-develop. Ang pangunahing layunin ay automatize at intelligentize ang mga function ng meter habang pinapaliit ang storage usage ng MCU.
2. ​Pangunahing Modyul ng Program​
   • ​Data Acquisition and Processing Module: Nakolekta ang energy pulses, kinalkula ang kabuuang paggamit ng enerhiya ng user, at sinasama ang statistics ayon sa period (peak/flat/valley).
   • ​Communication Interaction Module: Nagbibigay ng bidirectional na komunikasyon sa concentrator, kasama ang clock synchronization, uploading ng real-time/monthly energy data, at pagtanggap at pagpapatupad ng relay commands (e.g., power on/off control).
   • ​Protection and Exception Handling Module: Integrate ang software watchdog, reliable power-on determination (preventing data corruption), power-off detection, at data processing, working with hardware to ensure system stability.
   • ​Time Period and Tariff Management Module: Sets period rules for multi-tariff applications, determines the current period in real-time, and provides a basis for differentiated metering.
   • ​Display Control Module: Drives the display unit to show energy consumption, time, tariff rates, and other information as needed, ensuring intuitive data visualization.
3. ​Pangunahing Flow ng Program ng Software​
   Pagkatapos ng startup ng sistema, isinasagawa ang "reliable power-on" determination→parameters are initialized or historical data is read based on the determination result→time intervals are set and the current usage period is determined→whether it is the meter reading day is checked and data is prepared→power-off is detected in real-time and protection is triggered→carrier commands are detected and communication processing is executed→intervals are reset, and the cycle repeats. (Refer to Figure 2 in the original document for the detailed flow.)

​IV. Remote Metering System at Application Prospects​

1. ​Komposisyon at Functions ng Sistema​
   Ang buong remote metering system ay binubuo ng tatlong bahagi:
   • ​Smart Meter: Responsible for terminal metering and command execution.
   • ​Data Concentrator: Responsible for intermediate data aggregation and command distribution.
   • ​Backend Management System: Responsible for data statistics, analysis, line loss calculation, exception alerts, and report generation.
   Ang core function ng sistema ay makamit ang full automation mula sa energy collection→data transmission→statistical queries→line loss analysis→exception alerts→report generation, completely replacing manual meter reading.
2. ​Advantages and Prospects​
   Kumpara sa wireless o dedicated line solutions, ang sistema na ito ay gumagamit ng umiiral na power lines, na may mababang investment costs, madaling maintenance, at malaking potensyal para sa widespread adoption. Ito ay nagbibigay ng matatag na teknikal na pundasyon para sa future smart communities upang makamit ang "remote transmission of three meters" (electricity, water, gas) at maaari pa ring i-integrate sa banking systems para sa automatic electricity fee deduction, na malaki ang pag-enhance ng convenience ng mga residente.
3. ​Future Challenges​
   • ​Teknikal Level: Continuous improvement in meter data retrieval rates (ensuring successful data transmission) and optimization of relay algorithms to enhance communication stability in complex power line environments.
   • ​Application Level: Adapting to power reform trends, promoting deeper integration of the system with advanced management functions such as load regulation and energy-saving analysis.