Düşük Gerilim Güç Hatı Taşıyıcıya Dayalı Akıllı Süreç Çözümü

1. Tasarım Arka Planı ve Çekirdek Pozisyonlandırma​

1. ​Teknik ve Pazar Arka Planı​
   Bilgisayar teknolojisi, mikroelektronik ve iletişim teknolojisinin hızlı gelişmesiyle düşük gerilim güç hattı taşıyıcı (220V) teknolojisi olgunlaşmış ve otomatik sayaç okuma sistemleri alanında hakim bir konuma ulaşmıştır. Buna karşılık, yüksek gerilimli güç hatları, birçok interferans faktörü ve yüksek uygulama maliyetleri nedeniyle, optik lif veya uydu iletişimine benzer geniş ölçekli uygulamalar gerçekleştirememiştir.
2. ​Sistem Pozisyonu​
   Bu çözümde tasarlanan akıllı sayaç, çok işlevli düşük gerilim güç hattı taşıyıcı uzaktan sayaç okuma sisteminin temel alt birimi olarak hizmet vermektedir. Veri toplayıcılar ve arka uç yönetim sistemleri ile koordineli çalışarak, düşük gerilimli konut kullanıcıları, büyük tüketiciler (anahtar kullanıcılar) ve trafiği evlerinde manuel sayaç okumasını değiştirmeyi amaçlamaktadır, sonunda elektrik yönetiminin tam otomasyonunu ve akıllılaşmasını sağlayacaktır.

​II. Akıllı Sayaç Donanım Tasarımı​

1. ​Genel Donanım Mimarisi​
   Sistem donanımı, bir mikroişlem birimi (MCU) etrafında merkezlenmiştir ve izleyici, veri depolama, güç kesme algılama, enerji dönüştürme, taşıyıcı iletişim, görüntüleme birimi, röle kontrolü ve sayaç güç kaynağı gibi destek modülleri ile entegre edilmiştir. Her bir modül, sayacın kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için birlikte çalışmaktadır. (Yapısal diyagram için orijinal belgedeki Şekil 1'e bakınız.)
2. ​Önemli Donanım Modülü Detayları​
   | Donanım Modülü | Çekirdek Bileşen / Spesifikasyon | Ana Fonksiyon |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Kontrol Birimi (MCU) | AT89C2051 mikrodenetleyici | Ölçüm verilerini işleme (hesaplama, depolama); toplayıcı komutlarına yanıt verme (enerji verilerini yükleme, güç açma/kapatma yürütme); görüntülemeyi kontrol etme. |
   | Enerji Dönüştürme Devresi | AD7755 yüksek hassasiyetli entegre devre| Kullanıcının tükettiği enerjiyi (kW·h) MCU tarafından işlenebilecek dijital darbelere dönüştürme; elektronik sayaçların çekirdek özelliği. |
   | Taşıyıcı İletişim Modülü | - | Güç hattına bir kombine devre yoluyla bağlanır; dijital ve analog sinyalleri çift yönlü veri aktarımı için modüle ve demodüle eder. |
   | Görüntüleme Birimi | - | Yazılım tarafından sürüklendiğinde, enerji tüketimi, zaman, kullanım dönemleri (zirve/düz/boğaz), tarifeler vb. bilgileri görüntüler. |
   | Röle | - | MCU komutlarını alır; normal işletim sırasında kapalı kalır, ödenmemiş ücretler veya uzaktan güç yönetimi komutları durumunda güç kesme işlemi gerçekleştirir. |
   | Veri Depolama | 24CoX serisi depolama çipi | Güç kesme sırasında kritik verileri (örneğin, enerji tüketimi) depolar; güç kesme korumasını, uzun süreli depolamayı destekler ve I2C okuma/yazma yöntemini kullanır. |
   | Sayaç Güç Kaynağı | - | Tüm donanım devrelerine, MCU'ya, iletişim modülüne ve görüntüleme birimine istikrarlı güç sağlar. |
   | Güç Kesme Algılama & İzleyici | - | Güç kesme algılama: Anomaliler sırasında voltajı izler ve veri korumasını tetikler; İzleyici: Program kilitlenmelerini önler ve sistem otomatik yeniden başlatılmasına olanak tanır. |
3. ​Sayaç Çalışma Prensibi​
   • ​Enerji Ölçümü: Kullanıcının enerji tüketimi, AD7755 çipi tarafından dijital darbelere dönüştürülür. MCU, önceden belirlenen parametrelere göre belirli sayıda darbe 1 kW·h olarak hesaplar ve zirve, düz ve boğaz dönemlerine göre toplar ve saklar.
   • ​Veri Etkileşimi: Veri toplayıcı, sayaç okuma veya kontrol komutları gönderir. Sayaç, güç hattı üzerinden taşıyıcı modülü yoluyla saklanan enerji verilerini yükler. Eğer güç kesme komutu alırsa, MCU hemen röleyi güç kesme işlemi gerçekleştirmek üzere kontrol eder.
   • ​İstisnai Koruma: Güç kesme algılama devresi, güç anomalileri tespit edildiğinde MCU'yu kritik verileri 24CoX çipine hızlıca aktarmaya yönlendirir. İzleyici modülü, program hataları durumunda sistemi otomatik olarak sıfırlayarak güvenilirliği sağlar.

​III. Akıllı Sayaç Yazılım Tasarımı​

1. ​Programlama Yaklaşımı ve Çekirdek Hedefler​
   Programlama, derleme dili ve C dili karışımı kullanılarak yapılır, böylece program verimliliği ve geliştirme esnekliği arasında denge sağlanır. Çekirdek hedefler, sayacın fonksiyonlarının otomasyonunu ve akıllılaştırılmasını sağlamaktır, ayrıca MCU'nun depolama kullanımı en aza indirilir.
2. ​Ana Program Modülleri​
   • ​Veri Toplama ve İşleme Modülü: Enerji darbelerini toplar, toplam kullanıcı enerji tüketimini hesaplar ve dönemlere (zirve/düz/boğaz) göre istatistiksel olarak sınıflandırır.
   • ​İletişim Etkileşim Modülü: Toplayıcı ile çift yönlü iletişimi sağlar, saat senkronizasyonu, gerçek zamanlı/aylık enerji verilerinin yüklenebilmesi, röle komutlarının (örneğin, güç açma/kapatma kontrolü) alınması ve yürütülmesi dahil.
   • ​Koruma ve İstisnai Durum Yönetimi Modülü: Yazılım izleyicisi, güvenilir güç açma belirlemesi (veri bozulmasını önlemek için), güç kesme algılama ve veri işleme ile entegre edilir, donanım ile birlikte sistemin istikrarını sağlar.
   • ​Dönem ve Tarife Yönetimi Modülü: Çok tarifeli uygulamalar için dönem kurallarını ayarlar, mevcut dönemleri gerçek zamanlı olarak belirler ve farklılaştırılmış ölçüm için temel sağlar.
   • ​Görüntüleme Kontrol Modülü: Görüntüleme birimini, ihtiyaç duyulan enerji tüketimi, zaman, tarife oranları ve diğer bilgileri göstermek üzere sürükler, verilerin sezgisel görselleştirilmesini sağlar.
3. ​Yazılım Ana Program Akışı​
   Sistem başlangıcı sonrası, "güvenilir güç açma" belirlemesi gerçekleştirilir→belirleme sonucuna dayalı olarak parametreler başlatılır veya geçmiş veriler okunur→zaman aralıkları belirlenir ve mevcut kullanım dönemi belirlenir→olup olmadığını kontrol edilir ve veriler hazırlanır→gerçek zamanlı güç kesme algılanır ve koruma tetiklenir&rarrtaşıyıcı komutları algılanır ve iletişim işlemi gerçekleştirilir→zaman aralıkları sıfırlanır ve döngü tekrarlanır. (Ayrıntılı akış için orijinal belgedeki Şekil 2'ye bakınız.)

​IV. Uzaktan Ölçüm Sistemi ve Uygulama Öngörüleri​

1. ​Sistem Bileşenleri ve Fonksiyonları​
   Tam uzaktan ölçüm sistemi üç bölümden oluşmaktadır:
   • ​Akıllı Sayaç: Terminal ölçümü ve komut yürütme sorumluluğunu üstlenir.
   • ​Veri Toplayıcı: Orta düzeyde veri toplama ve komut dağıtımından sorumludur.
   • ​Arka Uç Yönetim Sistemi: Veri istatistikleri, analiz, hat kaybı hesaplaması, istisnai uyarılar ve rapor oluşturmaya sorumludur.
   Sistemin çekirdek fonksiyonu, enerji toplama→veri aktarımı→istatistiksel sorgular→hat kaybı analizi→istisnai uyarılar→rapor oluşturma adımlarında tam otomasyonu sağlayarak, manuel sayaç okumasını tamamen değiştirmektir.
2. ​Avantajlar ve Öngörüler​
   Kablosuz veya özel çizgi çözümlerine kıyasla, bu sistem var olan güç hatlarından yararlanarak, düşük yatırım maliyeti, kolay bakım ve yaygın benimsenme potansiyeline sahiptir. Gelecekteki akıllı topluluklar için "üç sayaçın uzaktan iletimi" (elektrik, su, gaz) ve daha fazlasını gerçekleştirebilecek sağlam bir teknik temel oluşturur, ayrıca banka sistemleriyle entegrasyonu ile otomatik elektrik faturası tahsilatını sağlayarak, konutlarda yaşam kolaylığını büyük ölçüde artırabilir.
3. ​Gelecekteki Zorluklar​
   • ​Teknik Seviye: Sayaç veri alma oranlarının sürekli iyileştirilmesi (başarılı veri aktarımını sağlama) ve karmaşık güç hattı ortamlarında iletişim istikrarını artırmak için röle algoritmalarının optimizasyonu.
   • ​Uygulama Seviyesi: Güç reformu trendlerine adapte olmak, sistemle yük düzenleme ve enerji tasarrufu analizi gibi ileri düzey yönetim fonksiyonlarıyla daha derin bir entegrasyonu teşvik etmek.