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HS视野

智能仪表办理方案

日期:2012年9月12日 16:26
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  电子公用仪表与现在利用的传统机器式和机电式仪表办理方案相比,具有许多上风。无论是气表、水表、热表,照旧电表,都可以使用电子仪表的如下某些或所有特征:

  ·精度更高

  ·校准容易

  ·防窜改掩护

  ·主动抄表

  ·宁静性好

  ·先辈的计费方法(分时计费和预支费等)

  电子仪表的设计纷歧定要接纳庞大的完成方法。在本文所介绍的实例中,经过基于单片机(MCU)的脉冲计数器可以大大简化各种仪表的完成。图1给出了一种基于MCU的典范计数器的构成框图。

 

图1 带内部时钟输出的MCU 8位或16位定时器

  精度更高

  仪表是依据丈量精度举行分类的。比方,一个机器式电表的典范精度是2%左右。相比之下,一个平凡的电子电表可以到达0.2%的丈量精度。假如在仪表设计中利用MCU,那么就可以经过改动软件参数调治丈量精度。如许,只需开辟一个硬件平台就可以支持多级丈量精度,因而可使仪表消费商简化消费流程,且可为安置仪表的公用奇迹公司带来精良的范围经济。

  校准容易

  惯例的机器式仪表包括许多可动的部件。随着利用工夫的延伸,这些部件大概必要重新调校,才干使仪表规复正常形态。调校时通常要把仪表装配上去并前往厂家举行校准,十分方便。但经过利用MCU中的非易失性存储器(EEPROM或Flash)就可以很利便的存储或更新校准信息,乃至可以设计为接纳主动校准的方法。

 

 

  防窜改掩护

  一样平常来说,公用仪表最大的一个题目便是偷窃征象。在许多状况下,窜改仪表是为了改动丈量后果。偷窃题目通常呈现在电表上,情势多种多样。依据电表的范例,某些仪表大概被反接而使电量计数递加而不是递增。别的,接纳钢铁质料作旋转盘片的老式仪表易受磁体的影响,会因而而减慢旋转的速率,从而惹起错误的电量丈量后果。可以利用几个复杂的办法来检测电子仪表的窜改和偷窃征象。尤其关于电表来说,可以检测到多种“典范”状况,如:

  •负载不合错误称(回路被接地,招致不合错误用电举行计量)

  •电表临时断开(或被旁路)

  •利用永磁体使电流互感器饱和或中止计数器

  •歹意毁坏

  一旦检测到窜改征象,j9九游会可以对仪表接纳多种防备步伐。假如仪表控制供电,它可以将负载的供电断开。别的,假如仪表具有通讯机制,还可以经过点亮指示灯大概向公用奇迹公司发送报警音讯的方法,指明产生了偷窃窜改状况。

  电子抄表

  电子仪表最大的一个上风便是增长了主动抄表(AMR)功效。如许一来,就不必派专人去现场注销利用数据,从而可大小节省开支。人工抄表是一种休息麋集型的事情,容易呈现人为不对(乃至是行贿征象)。由于仪表安置在差别的地方,因而人工抄表无论关于用户照旧关于抄表员来说都黑白常不利便的。

  现在有多种技能可以完成电子仪表的AMR功效,大概改良已有的机器式/机电式仪表。经过下列几种方法可以完成电子仪表的主动抄表和通讯:

  •红外——经过仪表的面板完成远程红外LED传输;

  •射频( RF)——远程或近程通讯,如ZigBeeTM协议或蜂窝网络;

  •经过德律风线的数据调制解调方法;

  •电力线载波(PLC)——远程到中程传输

  •串口(RS-485)

  在某些状况下,仅仅经过手持式设置装备摆设(经过IrDATM协议大概RF方法,最远通讯间隔可达几百英尺)通讯就可以完成AMR功效的上风。只管这种方法仍旧必要抄表员到各个仪表安置现场抄表,但这种方可以确保数据读取是正确的,而且可以大大加速抄表历程。别的,ZigBee同盟正在开辟一种丈量方案,可以使水表、气表、热表和电表的制造商之间完成互相互助,经过一种配合的通讯前言发送利用数据。

  宁静性好

  随着丈量历程主动化水平的进步,宁静数据存储和通讯技能的需求也日积月累[rì jī yuè lèi]。确保公用奇迹部分所搜集数据的失密性和完备性黑白常紧张的。这可以经过MCU本身的外部数据EEPROM大概利用加密算法将数据存储到仪表内部的方法来完成。别的仪表利用数据的宁静通讯也值得存眷。异样,可以利用几种加密算法和握手协议来确保宁静的数据传输。

 

 

  先辈的计费方法

  电子仪表曾经可以依据利用时段(Time of Use,TOU)分时计费了。TOU辨别设定岑岭期(利用率较高)和非岑岭期(利用率较低)时段。TOU免费有多种利益。起首,假如用户在非岑岭期利用,则可以享用较低的代价。其次,由于岑岭期的用户要付出较高的利用代价,TOU计费方法很天然地就在较大水平上低落了岑岭期的利用。铺设新的公用底子办法的投资是相称高的。TOU计费有助于分流岑岭期的利用需求,在用户需求不停增加的状况下坚持一种波动的容量。要想完成TOU计费,仪表外部必要设置及时时钟和日历(Real TimeClock and Calendar,RTCC),全天跟踪用户的利用状况。电子仪表经过软件大概利用内部设置装备摆设很容易完成RTCC功效。

  最新呈现的计费方法是预支费。这一功效次要是在电表中完成的。用户可以利用磁卡提早购置肯定的电量,然后将磁卡拔出电表中,使电表在肯定的工夫段外向指定的负载供电。预支费方法低落了公用奇迹公司计费和抄表的本钱,也有助于协助用户方案每月的开支。

  一切上述的免费方法都是创建在公用仪表根本功效底子之上的。如许看来仪表的研发工夫好像要增长了,由于研发包罗两个局部:根本的仪表功效,以及防窜改、AMR、宁静性和计费方法等新增功效。接上去,本文要介绍怎样把根本的仪表功效设计简化为一个复杂的脉冲计数器,而将次要事情放在用户接口的设计上。大局部MCU都可以经过外部定时器对I/O引脚的内部时钟输出举行计数。某些MCU的定时器可以在低功耗形式下举行计数,而当定时器溢出时叫醒器件。这种功效十分机动,由于气表、水表和热表大概没有当地电源,而是接纳电池举行供电。

  气表和水表

  气表和水表是设计起来最复杂的仪表。这两种表都接纳机器安装来丈量气流或水流,它们的输入通常是一个旋转轴(气表中)大概一个旋转磁铁(水表中)。图2给出了气表的布局框图。气表的输入轴上有一个带槽的圆盘和一个可以输入脉冲流的反光器。每个脉冲表现肯定量的气流。水表外部通常接纳旋转磁铁和霍耳效应传感器,每当磁铁经过的时分,这种传感器就可以发生输入脉冲。气表和水表的脉冲流都可以毗连到MCU外部计数器的时钟输出端。气表和水表设计中的一大应战便是它们左近一样平常都没有交换电源。这意味着必需用电池或太阳能供电。太阳能电池非常昂贵,会分外增长安置仪表的机器本钱。本文的设计方案接纳一个低功耗MCU,它可以对脉冲举行计数,周期性地将数据保管到非易失性存储器中,每月上传一次计费信息。图2中给出的实例是接纳了Microchip公司的PIC16F9xx系列MCU。这一系列的MCU拥有4~8KB的Flash步伐存储器、最多336字节的RAM、256字节的数据EEPROM,内置8MHz的晶振、10位A/D,具有I2C、SPI、USART接口,可以驱动表现168个像素。这些功效再加上低功耗特征(休眠形式下典范电流O.5uA,1MHz下典范电流为190uA)使得这种MCU非常实用于接纳电池供电的气表和水表。

  热表

  差别用户所寓居的地域和国度的供热方法大概差别。接纳热水流过暖气片举行供热是比力罕见的方法。热表的布局比气表或水表稍微庞大一些,由于热力学盘算热量的方法触及温度和流量。热表要同时丈量暖气片入口和出口的温度,还要丈量水流畅过暖气片的流速。依据这些丈量后果,MCU再依据热力学公式盘算出热能利用量。图3给出了一个热表的实例。为了低落热表的本钱,j9九游会可以接纳MCU来校准和调治温度传感器。温度传感器通常接纳RTD(电阻式温度检测器)或相似的器件,它们可以浸泡在液体中事情。MCU中可以保管一个校准表,用于把传感器的模仿输入量转换为线性的温度值。热表中利用的流速表与水表中的相似,也会发生输入脉冲。热表的设计另有别的一个应战是气表和水表没有的。热表都是安置在用户住宅内的,不像气表和水表可以安置在户外。没有AMR功效,抄表员记载热能利用量时必需有效户在家里共同。基于MCU的热表很容易完成RF功效,即便用户不在家也可以举行抄表。图3中的实例也接纳了PIC16F9XX系列MCU,它具有低功耗特征并集成了LCD模块。

  电表

  电子仪表最令人存眷的核心大概是电表。在开展中国度中,窃电题目一直都是促使人们研制电子仪表的最次要缘故原由。由于不光仪表会被窜改以增加其表现的用电量,并且抄表员也容易由于承受用户的行贿而窜改抄表数据。以是,具有主动抄表功效的电子仪表可以大大增加公用奇迹公司丧失的支出。电表设计中的最大应战是必要准确记载用电量。如前所述,某些消费商要求高达0.2%的精度。电表还必需可以处置大型的电感负载,比方电冰箱、HVAC(暖通空调)、洗衣机和干衣机之类的电器。因而,关于设计职员来说接纳MCU大概分立元件是最佳的设计方案。光荣的是,有些消费商同时提供了两品种型的电表。为了简化设计,分立式设计提供了负载和电源接口,接纳丈量引擎丈量电流和电压并盘算用电量,利用复杂的脉冲输入方法。图4给出的实例中利用PIC16F9XX器件作为MCU,接纳Microchip公司的MCP3905丈量用电量。MCP3905的典范精度为0.1%,具有电源反向指示功效,接纳分流电阻丈量电流。电能输入驱念头械式两相步进电机,但也可以驱动MCU的计数器输出。

  结语

  与机器式仪表相比,电子仪表具有玲珑、牢靠、准确度高的特点,而且可以接纳防窜改电路和办法增长公用奇迹公司的支出,低落用户的开支。接纳脉冲计数的电子仪表办理方案,可以大大低落仪表设计的庞大性。如许就可以让设计职员把精神会合在更利便的数据收罗和免费功效的设计上。

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