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§ 13 Le principe de l'exploitation des compteurs électroniques.


La mise en œuvre du compteur d'électricité numérique (figure 2) nécessite des circuits intégrés spécialisés capables de multiplier les signaux et de fournir la valeur obtenue sous une forme pratique pour le microcontrôleur. Par exemple, le convertisseur de puissance active est le taux de répétition des impulsions. Le nombre total d'impulsions reçues, comptées par le microcontrôleur, est directement proportionnel à la puissance consommée.

Fig. 2. Schéma fonctionnel d'un compteur d'électricité numérique

Un rôle non moins important est joué par toutes sortes de fonctions de service, telles que l'accès à distance au compteur, aux informations sur l'énergie stockée et bien d'autres. La présence d'un affichage numérique, contrôlé par le microcontrôleur, vous permet de programmer différents modes d'informations de sortie, par exemple, afficher des informations sur la consommation d'énergie pour chaque mois, à des vitesses différentes, et ainsi de suite.

Pour effectuer certaines fonctions non standard, par exemple, la correspondance de niveau, des circuits intégrés supplémentaires sont utilisés. Maintenant, nous avons commencé à produire des circuits intégrés spécialisés - convertisseurs de puissance à fréquence - et des microcontrôleurs spécialisés contenant des convertisseurs similaires sur une puce. Mais, souvent, ils sont trop chers pour être utilisés dans les compteurs à induction domestiques. Par conséquent, de nombreux fabricants mondiaux de microcontrôleurs développent des microcircuits spécialisés destinés à une telle application. Passons à l'analyse de la construction de la version la plus simple du compteur numérique sur le microcontrôleur 8 bits le moins cher (moins de dollar) Motorola. Dans la solution présentée toutes les fonctions minimalement nécessaires sont réalisées. Il est basé sur l'utilisation d'un convertisseur de puissance peu coûteux IC à la fréquence d'impulsion KR1095PP1 et le microcontrôleur à 8 bits MC68HC05KJ1 (figure 3). Avec cette structure, le microcontrôleur doit résumer le nombre d'impulsions, afficher des informations sur l'écran et effectuer sa protection dans différents modes d'urgence. Le compteur en question est en réalité un analogue fonctionnel numérique des compteurs mécaniques existants, adapté à d'autres améliorations.

Fig. 3. Les principaux nœuds du compteur d'électricité numérique le plus simple.

Les signaux proportionnels à la tension et au courant dans le réseau sont retirés des capteurs et envoyés à l'entrée du convertisseur. Le convertisseur IC multiplie les signaux d'entrée pour obtenir une consommation d'énergie instantanée. Ce signal est envoyé à l'entrée du microcontrôleur, qui le convertit en W · h et, au fur et à mesure que les signaux s'accumulent, change la lecture du compteur. Des pannes de courant fréquentes entraînent la nécessité d'utiliser l'EEPROM pour stocker la lecture du compteur. Puisque les pannes de courant sont la situation d'urgence la plus courante, cette protection est nécessaire dans tout compteur numérique.

L'algorithme du programme (figure 4) pour une version simple d'un tel compteur est assez simple. Lors de la mise sous tension, le microcontrôleur est configuré en fonction du programme, lit la dernière valeur sauvegardée dans l'EEPROM et l'affiche sur l'écran. Ensuite, le contrôleur entre dans le mode de comptage des impulsions provenant du circuit intégré du convertisseur et, à mesure que chaque W · h s'accumule, augmente la lecture du compteur.

Fig. 4. L'algorithme du programme.

Lors de l'écriture dans l'EEPROM, la valeur d'énergie accumulée peut être perdue lorsque la tension est coupée. Pour ces raisons, la valeur de l'énergie accumulée est écrite cycliquement dans l'EEPROM l'une après l'autre après un certain nombre de changements dans la lecture du compteur, programmée, en fonction de la précision requise. Cela évite la perte de données sur l'énergie stockée. Lorsque la tension apparaît, le microcontrôleur analyse toutes les valeurs dans l'EEPROM et sélectionne le dernier. Pour des pertes minimales, il suffit d'enregistrer les valeurs par pas de 100 Wh / h. Cette valeur peut être modifiée dans le programme.

Circuit de calculatrice numérique
est montré dans la Fig. 5. Le connecteur X1 connecte l'alimentation 220 V et la charge. A partir des capteurs de courant et de tension, les signaux sont transmis au microcircuit du convertisseur KR1095PP1 avec opto-coupleur de la sortie de fréquence. La base du compteur est le microcontrôleur MC68HC05KJ1 de Motorola, fabriqué dans un boîtier 16 broches (DIP ou SOIC) et ayant 1,2 Ko de ROM et 64 octets de RAM. Pour stocker la quantité d'énergie accumulée en cas de panne de courant, la puce du petit volume 24С00 (16 octets) est utilisée. L'afficheur utilise un afficheur LCD à 7 segments 8 bits, contrôlé par un contrôleur peu coûteux, communiquant avec le microcontrôleur central via le protocole SPI. L'implémentation de l'algorithme nécessite moins de 1K de mémoire et moins de la moitié des ports d'E / S du microcontrôleur MC68HC05KJ1. Ses capacités sont suffisantes pour ajouter certaines fonctions de service, par exemple, combiner des compteurs dans le réseau via l'interface RS-485. Cette fonction vous permettra d'obtenir des informations sur l'énergie stockée dans le centre de service et d'éteindre l'électricité en l'absence de paiement. Un réseau de tels compteurs peut être équipé d'un bâtiment résidentiel à plusieurs étages. Toutes les indications sur le réseau seront envoyées au centre d'expédition. Une famille de microcontrôleurs 8 bits avec une mémoire FLASH située sur la puce est particulièrement intéressante. Comme il peut être programmé directement sur la carte collectée, le code logiciel est protégé et le logiciel peut être mis à jour sans installation.

Calculatrice numérique pour compteur d'énergie numérique

Fig. 5. Calculatrice numérique pour un compteur d'électricité numérique.

Encore plus intéressant est le compteur d'électricité sans EEPROM externe et RAM externe non volatile coûteux. Dans celui-ci, vous pouvez enregistrer les indications et les informations de service dans la mémoire FLASH interne du microcontrôleur en cas de situations d'urgence. Cela garantit également la confidentialité des informations, ce qui ne peut pas être fait en utilisant un cristal externe qui n'est pas protégé contre un accès non autorisé. De tels compteurs d'énergie de toute complexité peuvent être réalisés à l'aide de microcontrôleurs de la famille Motorola HC08 avec une mémoire FLASH située sur la puce. La transition vers des systèmes automatiques numériques pour la comptabilité et le contrôle de l'électricité est une question de temps.
Les avantages de tels systèmes sont évidents. Le prix d'entre eux va tomber constamment. Et même sur le microcontrôleur le plus simple, un tel compteur d'électricité numérique présente des avantages évidents: la fiabilité due à l'absence totale d'éléments de frottement; compacité; la possibilité de fabriquer le boîtier en tenant compte de l'intérieur des bâtiments résidentiels modernes; augmenter la période des contrôles plusieurs fois; maintenabilité et facilité de maintenance et d'opération. Avec de faibles coûts matériels et logiciels, même le compteur numérique le plus simple peut avoir un certain nombre de fonctions de service qui ne sont pas disponibles pour tous les aspects mécaniques, par exemple la mise en œuvre du paiement multi-tarifaire pour l'énergie consommée.