电子计数器的工作原理。方案、说明

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要计算一定时间内消耗的电能，需要对有功功率随时间变化的瞬时值进行积分。对于正弦信号，功率等于给定时间网络中电压和电流的乘积。任何电能表都按照这个原理工作。上图。附图说明图1示出了机电表的框图。

电子计数器的工作原理。机电式仪表的框图
米。 1. 机电式电能表框图

数字电能表（图 2）的实现需要能够将信号相乘并以方便微控制器的形式提供结果值的专用 IC。例如，有源功率转换器 - 脉冲重复率。由微控制器计算的输入脉冲总数与消耗的电量成正比。

电子计数器的工作原理。数字电能表的框图
米。 2. 数字电能表框图

各种服务功能发挥着同样重要的作用，例如远程访问仪表、累积能量信息等。由微控制器控制的数字显示器的存在允许您以编程方式设置各种信息输出模式，例如，显示每月消耗的能源信息、各种费率等。

为了执行一些非标准功能，例如电平匹配，需要使用额外的 IS。现在，他们已经开始生产专用 IC（功率频率转换器）以及在芯片上包含此类转换器的专用微控制器。但通常，它们对于家用感应表来说太昂贵。因此，许多全球微控制器制造商正在开发专门为此应用设计的微电路。

让我们继续分析在最便宜（不到一美元）的 8 位摩托罗拉微控制器上构建最简单版本的数字计数器。在所提出的解决方案中，实现了所有最低限度的必要功能。它基于使用廉价的功率脉冲频率转换器 IC KR1095PP1 和 8 位微控制器 MC68HC05KJ1（图 3）。采用这样的结构，微控制器需要对脉冲数进行求和，在显示器上显示信息并在各种紧急模式下对其进行保护。所考虑的仪表实际上是现有机械仪表的数字功能模拟，并进行了进一步改进。

电子计数器的工作原理。最简单的数字电表的主要组成部分
米。 3、最简单的数字电表的主要部件

与网络中的电压和电流成比例的信号取自传感器并馈送到转换器的输入。转换器IC将输入信号相乘以获得瞬时功耗。该信号被馈送到微控制器的输入，微控制器将其转换为瓦时，并且随着信号的累积，改变仪表读数。频繁的断电使得需要使用EEPROM来保存仪表读数。由于断电是最典型的紧急情况，因此任何数字仪表都需要这种保护。

这种计数器最简单版本的程序操作算法（图 4）非常简单。上电时，微控制器根据程序进行配置，从 EEPROM 中读取最后保存的值并将其显示在显示屏上。然后控制器进入对来自转换器 IC 的脉冲进行计数的模式，并且随着每个 Wh 的累加，计数器读数会增加。

电子计数器的工作原理。电表程序的算法
米。 4. 程序算法

写入EEPROM时，断电瞬间累积能量的值可能会丢失。由于这些原因，在电表读数发生一定次数的变化（由软件根据所需的精度设置）后，累积电能的值会被循环写入 EEPROM。这可以避免存储的能量数据丢失。当电压出现时，微控制器分析EEPROM中的所有值并选择最后一个。为了最小化损耗，以 100 Wh 为增量记录值就足够了。该值可以在程序中更改。

数字计算器的原理图如图5所示。 1. 220 V 电源和负载连接至连接器 X1095。来自电流和电压传感器的信号被馈送到 KR1PP68 转换器微电路，并通过光耦合器隔离频率输出。该计数器基于 Motorola 微控制器 MC05HC1KJ16，采用 1,2 引脚封装（DIP 或 SOIC）制造，具有 64 KB ROM 和 24 字节 RAM。为了存储断电期间的累积能量，使用了 Microchip 的小型 00C16 EEPROM（8 字节）。 7 位 2 段 LCD 用作显示器，由任何廉价控制器控制，通过 SPI 或 I2C 协议与中央微控制器通信并连接到 XXNUMX 连接器。

该算法的实现需要不到 1 KB 的内存和不到 MC68HC05KJ1 微控制器一半的 I/O 端口。它的功能足以添加一些服务功能，例如通过 RS-485 接口联网仪表。此功能将允许您接收有关服务中心累积电量的信息，并在未付款的情况下关闭电源。这种仪表网络可以装备多层住宅建筑。所有的读数都会通过网络发送到调度中心。

特别令人感兴趣的是带有片上闪存的 8 位微控制器系列。由于可以直接在组装板上进行编程，因此程序代码受到保护，并且无需安装工作即可更新软件。

电子计数器的工作原理。数字电表的数字计算器
米。 5、数字电表数字计算器

更有趣的是没有外部 EEPROM 和昂贵的外部非易失性 RAM 的电表版本。在紧急情况下，读数和服务信息可以记录到微控制器的内部闪存中。这也确保了信息的机密性，而使用未受到未经授权访问保护的外部晶体无法实现这一点。任何复杂程度的电表都可以使用带有片上闪存的摩托罗拉 HC08 系列微控制器来实现。

向电力核算和控制的数字自动系统过渡只是时间问题。这种系统的优点是显而易见的。他们的价格将会不断下降。即使在最简单的微控制器上，这种数字电表也具有明显的优势：由于完全没有摩擦元件而具有可靠性；紧凑; 考虑到现代住宅建筑的内部，制造案例的可能性；验证周期增加数倍；可维护性以及维护和操作的方便性。只需很少的额外硬件和软件成本，即使是最简单的数字电表也可以具有许多所有机械电表所不具备的服务功能，例如，对消耗的能源实行多费率支付、自动化计量和控制的可能性所消耗的电力。

出版：cxem.net

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