Giải pháp Đồng hồ thông minh Dựa trên Tải điện áp thấp qua đường dây tải

1. Thiết kế nền tảng và định vị cốt lõi

1. Bối cảnh kỹ thuật và thị trường
   Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, vi điện tử và công nghệ truyền thông, công nghệ truyền dẫn trên đường dây điện áp thấp (220V) đã chín muồi và xác lập vị trí thống lĩnh trong lĩnh vực hệ thống đọc đồng hồ tự động. Trong khi đó, các đường dây điện áp cao do nhiều yếu tố gây nhiễu và chi phí triển khai cao, chưa đạt được các ứng dụng quy mô lớn tương tự như quang hoặc truyền thông vệ tinh.
2. Định vị hệ thống
   Đồng hồ thông minh được thiết kế trong giải pháp này đóng vai trò là đơn vị cơ bản đa chức năng của hệ thống đọc đồng hồ từ xa qua đường dây điện áp thấp. Nó hoạt động phối hợp với bộ tập trung dữ liệu và hệ thống quản lý phía sau, nhằm thay thế việc đọc đồng hồ thủ công trong nhiều tình huống như người dùng dân cư điện áp thấp, khách hàng lớn (khách hàng quan trọng), và trạm biến áp, cuối cùng đạt được toàn bộ tự động hóa và thông minh trong quản lý điện.

II. Thiết kế phần cứng đồng hồ thông minh

1. Cấu trúc phần cứng tổng thể
   Hệ thống phần cứng xoay quanh một đơn vị xử lý vi mô (MCU), tích hợp với các mô-đun hỗ trợ như giám sát, lưu trữ dữ liệu, phát hiện mất điện, chuyển đổi năng lượng, giao tiếp truyền dẫn, đơn vị hiển thị, điều khiển rơle, và nguồn điện cho đồng hồ. Mỗi mô-đun làm việc cùng nhau để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của đồng hồ. (Xem Hình 1 trong tài liệu gốc để xem sơ đồ cấu trúc.)
2. Chi tiết mô-đun phần cứng chính
   | Mô-đun phần cứng | Thành phần cốt lõi / Thông số kỹ thuật | Chức năng chính |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Đơn vị điều khiển (MCU) | Bộ vi điều khiển AT89C2051 | Xử lý dữ liệu đo đếm (tính toán, lưu trữ); phản hồi lệnh từ bộ tập trung (gửi dữ liệu năng lượng, thực hiện bật/tắt điện); điều khiển hiển thị. |
   | Mạch chuyển đổi năng lượng | Vi mạch tích hợp AD7755 độ chính xác cao | Chuyển đổi năng lượng tiêu thụ của người dùng (kW·h) thành xung số có thể xử lý bởi MCU; một tính năng cốt lõi của đồng hồ điện tử. |
   | Mô-đun giao tiếp truyền dẫn | - | Kết nối với đường dây điện qua mạch ghép; điều chế và giải điều chế tín hiệu số và tương tự cho truyền dữ liệu hai chiều. |
   | Đơn vị hiển thị | - | Hiển thị mức tiêu thụ năng lượng, thời gian, khoảng thời gian sử dụng (cao/thấp/trũng), giá cước, v.v., được điều khiển bằng phần mềm. |
   | Rơle | - | Nhận lệnh từ MCU; đóng trong quá trình hoạt động bình thường, thực hiện tắt điện trong trường hợp không thanh toán hoặc lệnh từ xa để quản lý điện. |
   | Lưu trữ dữ liệu | Chip lưu trữ series 24CoX | Lưu trữ dữ liệu quan trọng (ví dụ: mức tiêu thụ năng lượng) trong trường hợp mất điện; hỗ trợ bảo tồn khi mất điện, thời gian lưu trữ lâu, và sử dụng phương pháp đọc/ghi I2C. |
   | Nguồn điện cho đồng hồ | - | Cung cấp nguồn điện ổn định cho tất cả các mạch phần cứng, bao gồm MCU, mô-đun giao tiếp, và đơn vị hiển thị. |
   | Phát hiện mất điện & Giám sát | - | Phát hiện mất điện: Giám sát điện áp và kích hoạt bảo vệ dữ liệu trong trường hợp bất thường; Giám sát: Ngăn chặn chương trình bị treo và cho phép hệ thống tự khởi động lại. |
3. 
   • Đo đếm năng lượng: Năng lượng tiêu thụ của người dùng được chuyển đổi thành xung số bởi chip AD7755. MCU đếm một số lượng cụ thể của xung như 1 kW·h dựa trên các tham số được đặt trước và tích lũy và lưu trữ theo các khoảng thời gian cao, thấp, và trũng.
   • Tương tác dữ liệu: Bộ tập trung dữ liệu gửi lệnh đọc đồng hồ hoặc điều khiển. Đồng hồ gửi dữ liệu năng lượng đã lưu trữ qua mô-đun truyền dẫn trên đường dây điện. Nếu nhận được lệnh tắt điện, MCU ngay lập tức điều khiển rơle để thực hiện thao tác tắt điện.
   • Bảo vệ ngoại lệ: Mạch phát hiện mất điện thông báo cho MCU để nhanh chóng chuyển dữ liệu quan trọng sang chip 24CoX khi phát hiện bất thường về điện. Mô-đun giám sát ép buộc hệ thống reset trong trường hợp lỗi chương trình, đảm bảo độ tin cậy.