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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Le principe de fonctionnement du compteur électronique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Compteurs électriques Pour calculer l'énergie électrique consommée sur une certaine période de temps, il est nécessaire d'intégrer les valeurs instantanées de puissance active dans le temps. Pour un signal sinusoïdal, la puissance est égale au produit de la tension et du courant dans le réseau à un instant donné. Tout compteur d'énergie électrique fonctionne sur ce principe. Sur la fig. La figure 1 représente un schéma synoptique d'un compteur électromécanique.
La mise en œuvre d'un compteur d'énergie électrique numérique (Fig. 2) nécessite des circuits intégrés spécialisés capables de multiplier les signaux et de fournir la valeur résultante sous une forme pratique pour le microcontrôleur. Par exemple, un convertisseur de puissance active - à un taux de répétition d'impulsions. Le nombre total d'impulsions entrantes, compté par le microcontrôleur, est directement proportionnel à l'électricité consommée.
Un rôle tout aussi important est joué par toutes sortes de fonctions de service, telles que l'accès à distance au compteur, aux informations sur l'énergie accumulée, et bien d'autres. La présence d'un affichage numérique contrôlé par un microcontrôleur vous permet de définir par programmation différents modes de sortie d'informations, par exemple, afficher des informations sur l'énergie consommée pour chaque mois, à différents tarifs, etc. Pour exécuter certaines fonctions non standard, telles que la correspondance de niveau, des SI supplémentaires sont utilisés. Maintenant, ils ont commencé à produire des circuits intégrés spécialisés - des convertisseurs puissance-fréquence - et des microcontrôleurs spécialisés contenant de tels convertisseurs 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 conçus pour cette application. Passons à l'analyse de la construction de la version la plus simple d'un compteur numérique sur le microcontrôleur Motorola 8 bits le moins cher (moins d'un dollar). Dans la solution présentée, toutes les fonctions minimales nécessaires sont implémentées. Il est basé sur l'utilisation d'un convertisseur de fréquence puissance-impulsion peu coûteux IC KR1095PP1 et d'un microcontrôleur 8 bits MC68HC05KJ1 (Fig. 3). Avec une telle structure, le microcontrôleur doit additionner le nombre d'impulsions, afficher des informations sur l'écran et le protéger dans divers modes d'urgence. Le compteur considéré est en fait un analogue fonctionnel numérique des compteurs mécaniques existants, adapté pour une amélioration ultérieure.
Des signaux proportionnels à la tension et au courant dans le réseau sont prélevés sur les capteurs et transmis à l'entrée du convertisseur. Le convertisseur IC multiplie les signaux d'entrée pour obtenir la consommation d'énergie instantanée. Ce signal est envoyé à l'entrée du microcontrôleur, qui le convertit en Wh et, au fur et à mesure que les signaux s'accumulent, modifie les lectures du compteur. Les pannes de courant fréquentes rendent nécessaire l'utilisation d'une EEPROM pour enregistrer les relevés de compteur. Étant donné que les pannes de courant sont la situation d'urgence la plus courante, une telle protection est nécessaire dans tout compteur numérique. L'algorithme de fonctionnement du programme (Fig. 4) pour la version la plus simple d'un tel compteur est assez simple. A la mise sous tension, le microcontrôleur est configuré selon le programme, lit la dernière valeur enregistrée dans l'EEPROM et l'affiche à l'écran. Ensuite, le contrôleur entre dans le mode de comptage des impulsions provenant du convertisseur IC et, à mesure que chaque Wh est accumulé, il augmente la lecture du compteur.
Lors de l'écriture sur EEPROM, la valeur de l'énergie accumulée peut être perdue au moment de la panne de courant. Pour ces raisons, la valeur de l'énergie accumulée est écrite cycliquement dans l'EEPROM après un certain nombre de changements dans les relevés de compteur, définis par le logiciel, en fonction de la précision requise. Cela évite la perte des données énergétiques stockées. Lorsque la tension apparaît, le microcontrôleur analyse toutes les valeurs de l'EEPROM et sélectionne la dernière. Pour des pertes minimales, il suffit d'enregistrer des valeurs par incréments de 100 Wh. Cette valeur peut être modifiée dans le programme. Le schéma de la calculatrice numérique est illustré à la fig. 5. L'alimentation 1 V et la charge sont connectées au connecteur X220. À partir des capteurs de courant et de tension, les signaux sont transmis au microcircuit du convertisseur KR1095PP1 avec isolation par optocoupleur de la sortie de fréquence. Le compteur est basé sur le microcontrôleur Motorola MC68HC05KJ1, fabriqué dans un boîtier à 16 broches (DIP ou SOIC) et doté de 1,2 Ko de ROM et de 64 octets de RAM. Pour stocker la quantité d'énergie accumulée pendant les pannes de courant, la petite EEPROM 24C00 de Microchip (16 octets) est utilisée. Un écran LCD à 8 segments à 7 chiffres est utilisé comme affichage, contrôlé par n'importe quel contrôleur peu coûteux, communiquant avec le microcontrôleur central via le protocole SPI ou I2C et connecté au connecteur X2. La mise en œuvre de l'algorithme a nécessité moins de 1 Ko 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, la mise en réseau des compteurs via l'interface RS-485. Cette fonction vous permettra de recevoir des informations sur l'énergie accumulée dans le centre de service et de couper l'électricité en l'absence de paiement. Un réseau de tels compteurs peut équiper un immeuble résidentiel à plusieurs étages. Toutes les lectures via le réseau seront envoyées au centre de répartition. La famille des microcontrôleurs 8 bits avec mémoire FLASH sur puce présente un intérêt particulier. Puisqu'il peut être programmé directement sur la carte assemblée, le code du programme est protégé et le logiciel peut être mis à jour sans travaux d'installation.
Encore plus intéressante est la version du compteur d'électricité sans EEPROM externe et RAM externe non volatile coûteuse. Dans celui-ci, dans les situations d'urgence, les lectures et les informations de service peuvent être enregistrées dans la mémoire FLASH interne du microcontrôleur. Cela garantit également la confidentialité des informations, ce qui ne peut être fait à l'aide d'un cristal externe qui n'est pas protégé contre les accès non autorisés. De tels compteurs d'électricité de toute complexité peuvent être mis en œuvre à l'aide de microcontrôleurs Motorola de la famille HC08 avec mémoire FLASH sur puce. Le passage aux systèmes numériques automatiques de comptabilité et de contrôle de l'électricité n'est qu'une question de temps. Les avantages de tels systèmes sont évidents. Leur prix ne cessera de baisser. Et même sur le microcontrôleur le plus simple, un tel compteur électrique numérique présente des avantages évidents : fiabilité due à l'absence totale d'éléments frottants ; compacité; la possibilité de fabriquer le boîtier en tenant compte de l'intérieur des bâtiments résidentiels modernes; augmenter plusieurs fois la période de vérification ; Maintenabilité et facilité d'entretien et d'exploitation. Avec peu de coûts matériels et logiciels supplémentaires, même le compteur numérique le plus simple peut avoir un certain nombre de fonctions de service qui ne sont pas disponibles dans tous les compteurs mécaniques, par exemple, la mise en œuvre d'un paiement multitarif pour l'énergie consommée, la possibilité d'un comptage et d'un contrôle automatisés. d'électricité consommée. Publication : cxem.net
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