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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Principio de funcionamiento de un contador electrónico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Contadores eléctricos Para calcular la energía eléctrica consumida durante un determinado período de tiempo, es necesario integrar los valores instantáneos de potencia activa en el tiempo. Para una señal sinusoidal, la potencia es igual al producto del voltaje y la corriente en la red en un momento dado. Cualquier contador de energía eléctrica funciona según este principio. En la Fig. La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un medidor electromecánico.
La implementación de un medidor de energía eléctrica digital (Fig. 2) requiere circuitos integrados especializados capaces de multiplicar señales y proporcionar el valor resultante en una forma conveniente para el microcontrolador. Por ejemplo, un convertidor de potencia activa a frecuencia de repetición de pulsos. El número total de pulsos entrantes, contados por el microcontrolador, es directamente proporcional a la electricidad consumida.
Un papel igualmente importante lo desempeñan todo tipo de funciones de servicio, como el acceso remoto al contador, información sobre la energía acumulada y muchas otras. La presencia de una pantalla digital controlada por un microcontrolador le permite configurar mediante programación varios modos de salida de información, por ejemplo, mostrar información sobre el consumo de energía para cada mes, en diferentes tarifas, etc. Para realizar algunas funciones no estándar, por ejemplo, coordinación de niveles, se utiliza software adicional. Ahora han comenzado a producir circuitos integrados especializados (convertidores de potencia a frecuencia) y microcontroladores especializados que contienen convertidores similares en un chip. Pero, a menudo, son demasiado caros para su uso en medidores de inducción municipales. Por lo tanto, muchos fabricantes mundiales de microcontroladores están desarrollando microcircuitos especializados diseñados para este tipo de aplicaciones. Pasemos a analizar la construcción de la versión más simple de un contador digital en el microcontrolador Motorola de 8 bits más barato (menos de un dólar). La solución presentada implementa todas las funciones mínimas requeridas. Se basa en el uso de un convertidor de frecuencia IC de potencia a impulsos económico KR1095PP1 y un microcontrolador de 8 bits MC68HC05KJ1 (Fig. 3). Con esta estructura, el microcontrolador necesita sumar el número de pulsos, mostrar información en la pantalla y protegerla en varios modos de emergencia. El medidor en cuestión es en realidad un análogo funcional digital de los medidores mecánicos existentes, adaptado para seguir mejorando.
Las señales proporcionales al voltaje y la corriente en la red se toman de los sensores y se suministran a la entrada del convertidor. El convertidor IC multiplica las señales de entrada para producir un consumo de energía instantáneo. Esta señal se envía a la entrada del microcontrolador, que la convierte en Wh y, a medida que se acumulan las señales, cambia las lecturas del medidor. Las fallas frecuentes del voltaje de suministro requieren el uso de EEPROM para almacenar las lecturas del medidor. Dado que los cortes de energía son la situación de emergencia más común, dicha protección es necesaria en cualquier medidor digital. El algoritmo del programa (Fig. 4) para la versión más simple de dicho contador es bastante simple. Cuando se enciende, el microcontrolador se configura de acuerdo con el programa, lee el último valor almacenado de la EEPROM y lo muestra en la pantalla. Luego, el controlador pasa al modo de conteo de los pulsos provenientes del IC del convertidor y, a medida que se acumula cada Wh, aumenta las lecturas del contador.
Al escribir en EEPROM, el valor de energía acumulada puede perderse cuando se corta el voltaje. Por estos motivos, el valor de la energía acumulada se escribe en la EEPROM cíclicamente, uno tras otro, mediante un cierto número de cambios de lectura del contador, configurados por software, en función de la precisión requerida. Esto evita la pérdida de datos de energía almacenados. Cuando aparece voltaje, el microcontrolador analiza todos los valores en la EEPROM y selecciona el último. Para pérdidas mínimas, basta con registrar valores en incrementos de 100 Wh. Este valor se puede cambiar en el programa. El circuito de la computadora digital se muestra en la Fig. 5. La tensión de alimentación de 1 V y la carga se conectan al conector X220. Desde los sensores de corriente y voltaje, las señales se envían al microcircuito convertidor KR1095PP1 con aislamiento por optoacoplador de la salida de frecuencia. El contador se basa en el microcontrolador MC68HC05KJ1 de Motorola, fabricado en un paquete de 16 pines (DIP o SOIC) y con 1,2 KB de ROM y 64 bytes de RAM. Para almacenar la cantidad de energía acumulada durante cortes de energía, se utiliza un pequeño volumen EEPROM 24C00 (16 bytes) de Microchip. La pantalla utiliza una pantalla LCD de 8 bits y 7 segmentos, controlada por cualquier controlador económico, que se comunica con el microcontrolador central a través del protocolo SPI o I2C y se conecta al conector X2. La implementación del algoritmo requirió menos de 1 KB de memoria y menos de la mitad de los puertos de entrada/salida del microcontrolador MC68HC05KJ1. Sus capacidades son suficientes para agregar algunas funciones de servicio, por ejemplo, conectar medidores a una red a través de la interfaz RS-485. Esta función te permitirá recibir información sobre la energía acumulada en el centro de servicio y cortar la electricidad en caso de falta de pago. Se puede utilizar una red de tales medidores para equipar un edificio residencial de varios pisos. Todas las lecturas a través de la red se enviarán al centro de control. De particular interés es una familia de microcontroladores de 8 bits con memoria FLASH en chip. Dado que se puede programar directamente en la placa ensamblada, el código del programa está protegido y el software se puede actualizar sin trabajos de instalación.
Aún más interesante es la opción de un contador de electricidad sin EEPROM externa y una costosa RAM externa no volátil. En situaciones de emergencia, es posible registrar lecturas e información de servicio en la memoria FLASH interna del microcontrolador. Esto también garantiza la confidencialidad de la información, lo que no se puede hacer cuando se utiliza un cristal externo que no está protegido contra el acceso no autorizado. Estos contadores de electricidad de cualquier complejidad se pueden implementar utilizando microcontroladores Motorola de la familia HC08 con memoria FLASH ubicada en un chip. La transición a sistemas digitales automáticos de control y medición de electricidad es cuestión de tiempo. Las ventajas de estos sistemas son obvias. Su precio caerá constantemente. E incluso en el microcontrolador más simple, un medidor de electricidad digital de este tipo tiene ventajas obvias: confiabilidad debido a la ausencia total de elementos de fricción; compacidad; la posibilidad de fabricar el cuerpo teniendo en cuenta el interior de edificios residenciales modernos; aumentar el período de verificación varias veces; mantenibilidad y facilidad de mantenimiento y operación. Con pequeños costos adicionales de hardware y software, incluso el medidor digital más simple puede tener una serie de funciones de servicio que están ausentes en todos los mecánicos, por ejemplo, la implementación del pago de tarifas múltiples por la energía consumida, la posibilidad de contabilidad automatizada y control de electricidad consumida. Publicación: cxem.net
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