전자 카운터의 작동 원리. 계획, 설명

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전자 카운터의 작동 원리. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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일정 기간 동안 소비되는 전기 에너지를 계산하려면 시간에 따른 유효 전력의 순시 값을 적분해야합니다. 정현파 신호의 경우 전력은 특정 시간에 네트워크의 전압과 전류를 곱한 것과 같습니다. 모든 전기 에너지 계량기는 이 원리에 따라 작동합니다. 그림에서. 그림 1은 전기 기계식 계량기의 블록 다이어그램을 보여줍니다.

전자 카운터의 작동 원리. 전기 기계 미터의 블록 다이어그램
쌀. 1. 전기기계식 전기에너지 계량기의 블록도

디지털 전기 에너지 계량기(그림 2)를 구현하려면 신호를 증폭하고 결과 값을 마이크로컨트롤러에 편리한 형태로 제공할 수 있는 특수 IC가 필요합니다. 예를 들어 유효 전력을 펄스 반복 주파수로 변환하는 변환기입니다. 마이크로컨트롤러에 의해 계산되는 총 수신 펄스 수는 소비되는 전력에 정비례합니다.

전자 카운터의 작동 원리. 디지털 전기 에너지 미터의 블록 다이어그램
쌀. 2. 디지털 전력량계의 블록도

계량기에 대한 원격 액세스, 축적된 에너지에 대한 정보 등과 같은 모든 종류의 서비스 기능도 똑같이 중요한 역할을 합니다. 마이크로 컨트롤러로 제어되는 디지털 디스플레이가 있으면 다양한 정보 출력 모드를 프로그래밍 방식으로 설정할 수 있습니다. 예를 들어 매달 에너지 소비량에 대한 정보를 다양한 요금으로 표시하는 등의 작업을 할 수 있습니다.

레벨 조정과 같은 일부 비표준 기능을 수행하려면 추가 소프트웨어가 사용됩니다. 이제 그들은 특수 IC(전력-주파수 변환기)와 유사한 변환기를 칩에 포함하는 특수 마이크로컨트롤러를 생산하기 시작했습니다. 그러나 시립 유도 계량기에 사용하기에는 가격이 너무 비싼 경우가 많습니다. 따라서 많은 글로벌 마이크로 컨트롤러 제조업체에서는 이러한 애플리케이션을 위해 설계된 특수 마이크로 회로를 개발하고 있습니다.

가장 저렴한(8달러 미만) 1095비트 Motorola 마이크로 컨트롤러에서 가장 간단한 버전의 디지털 카운터 구성을 분석해 보겠습니다. 제시된 솔루션은 최소한의 필수 기능을 모두 구현합니다. 이는 저렴한 IC 전력-펄스 주파수 변환기 KR1PP8과 68비트 마이크로컨트롤러 MC05HC1KJ3의 사용을 기반으로 합니다(그림 XNUMX). 이 구조를 사용하면 마이크로 컨트롤러는 펄스 수를 합산하고 디스플레이에 정보를 표시하며 다양한 비상 모드에서 정보를 보호해야 합니다. 고려중인 계량기는 실제로 기존 기계식 계량기의 디지털 기능 아날로그이며 추가 개선을 위해 조정되었습니다.

전자 카운터의 작동 원리. 가장 단순한 디지털 전기 계량기의 주요 구성 요소
쌀. 3. 가장 간단한 디지털 전력량계의 주요 구성 요소

네트워크의 전압 및 전류에 비례하는 신호는 센서에서 가져와 변환기의 입력에 공급됩니다. 컨버터 IC는 입력 신호를 증폭하여 순간적인 전력 소비를 생성합니다. 이 신호는 마이크로컨트롤러의 입력으로 공급되어 이를 Wh로 변환하고 신호가 누적됨에 따라 미터 판독값을 변경합니다. 빈번한 공급 전압 오류로 인해 미터 판독값을 저장하기 위해 EEPROM을 사용해야 합니다. 정전은 가장 흔한 비상 상황이므로 모든 디지털 계량기에는 이러한 보호가 필요합니다.

이러한 카운터의 가장 간단한 버전에 대한 프로그램 알고리즘(그림 4)은 매우 간단합니다. 전원이 켜지면 마이크로 컨트롤러는 프로그램에 따라 구성되고 EEPROM에서 마지막으로 저장된 값을 읽어 디스플레이에 표시합니다. 그런 다음 컨트롤러는 컨버터 IC에서 나오는 펄스의 카운팅 모드로 들어가고, 각 Wh가 누적됨에 따라 카운터 판독값이 증가합니다.

전자 카운터의 작동 원리. 전기 계량기 프로그램의 알고리즘
쌀. 4. 프로그램의 알고리즘

EEPROM에 쓸 때, 전압이 꺼지면 축적된 에너지 값이 손실될 수 있습니다. 이러한 이유로 축적된 에너지 값은 필요한 정확도에 따라 소프트웨어에서 설정한 특정 횟수의 계기 판독 변경을 통해 주기적으로 EEPROM에 기록됩니다. 이렇게 하면 저장된 에너지 데이터의 손실을 방지할 수 있습니다. 전압이 나타나면 마이크로 컨트롤러는 EEPROM의 모든 값을 분석하고 마지막 값을 선택합니다. 손실을 최소화하려면 100Wh 단위로 값을 기록하면 충분합니다. 이 값은 프로그램에서 변경할 수 있습니다.

디지털 컴퓨터의 회로는 그림 5에 나와 있습니다. 1. 220V 공급 전압과 부하는 커넥터 X1095에 연결됩니다. 전류 및 전압 센서에서 신호는 주파수 출력의 옵토커플러 절연을 통해 KR1PP68 변환기 마이크로 회로로 전송됩니다. 카운터는 05핀 패키지(DIP 또는 SOIC)로 생산되고 1KB ROM과 16바이트 RAM을 갖춘 Motorola의 MC1,2HC64KJ24 마이크로컨트롤러를 기반으로 합니다. 정전 시 축적된 에너지량을 저장하기 위해 Microchip의 소량 EEPROM 00C16(8바이트)이 사용됩니다. 디스플레이는 저렴한 컨트롤러로 제어되는 7비트, 2세그먼트 LCD를 사용하고 SPI 또는 I2C 프로토콜을 통해 중앙 마이크로컨트롤러와 통신하며 XXNUMX 커넥터에 연결됩니다.

알고리즘 구현에는 1KB 미만의 메모리와 MC68HC05KJ1 마이크로 컨트롤러 입력/출력 포트의 절반 미만이 필요했습니다. 그 기능은 RS-485 인터페이스를 통해 미터를 네트워크에 연결하는 등 일부 서비스 기능을 추가하기에 충분합니다. 이 기능을 사용하면 서비스 센터에서 축적된 에너지에 대한 정보를 받을 수 있으며, 요금이 부족할 경우 전기를 끌 수 있습니다. 이러한 계량기 네트워크는 다층 주거용 건물을 갖추는 데 사용될 수 있습니다. 네트워크를 통한 모든 판독값은 제어 센터로 전송됩니다.

특히 흥미로운 점은 온칩 FLASH 메모리를 갖춘 8비트 마이크로컨트롤러 제품군입니다. 조립된 기판에 직접 프로그래밍이 가능하기 때문에 프로그램 코드가 보호되며 별도의 설치 작업 없이 소프트웨어 업데이트가 가능합니다.

전자 카운터의 작동 원리. 디지털 전기 계량기용 디지털 계산기
쌀. 5. 디지털 전력량계용 디지털 계산기

더욱 흥미로운 점은 외부 EEPROM과 고가의 외부 비휘발성 RAM이 없는 전기 계량기 옵션입니다. 긴급 상황에서는 판독값과 서비스 정보를 마이크로컨트롤러의 내부 FLASH 메모리에 기록할 수 있습니다. 이는 또한 무단 액세스로부터 보호되지 않는 외부 크리스탈을 사용할 때 수행할 수 없는 정보의 기밀성을 보장합니다. 이러한 복잡한 전기 계량기는 칩에 FLASH 메모리가 있는 HC08 제품군의 Motorola 마이크로컨트롤러를 사용하여 구현할 수 있습니다.

디지털 자동 전기 계량 및 제어 시스템으로의 전환은 시간 문제입니다. 이러한 시스템의 장점은 분명합니다. 그들의 가격은 지속적으로 하락할 것입니다. 그리고 가장 단순한 마이크로 컨트롤러에서도 이러한 디지털 전기 계량기는 마찰 요소가 전혀 없기 때문에 신뢰성이 있다는 확실한 장점이 있습니다. 소형화; 현대 주거용 건물의 내부를 고려한 케이스 제조 가능성; 검증 기간을 여러 번 늘립니다. 유지 보수 용이성 및 유지 보수 및 작동 용이성. 약간의 추가 하드웨어 및 소프트웨어 비용으로 가장 단순한 디지털 계량기라도 모든 기계 계량기에 없는 여러 서비스 기능(예: 소비된 에너지에 대한 다중 관세 지불 구현, 자동화된 회계 및 제어 가능성)을 가질 수 있습니다. 전기를 소비했습니다.

간행물: cxem.net

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연기 감지기 및 스마트 조명 시스템에서 영감을 받은 과학자들은 곰팡이 및 기타 유형의 곰팡이에서 유해한 화학 물질을 감지하고 집주인에게 경고하도록 관엽 식물을 유전자 변형하고 있습니다. 건강을 위협하는 가스 라돈과 같은 공기 중의 다른 위협에 관엽식물이 어떻게 반응하는지 알아낼 수 있다면 미래에는 다양한 문제를 해결할 수 있는 "스마트 식물"이 나타날 것입니다.

"스마트 플랜트"에 대한 아이디어는 이미 한 농장의 현장에서 테스트되었습니다. 2012년부터 2013년까지 과학자들은 Tal's clover(Arabidopsis thaliana)를 변형하여 식물의 잎이 질병을 일으키는 박테리아를 만났을 때 다량의 주황색 형광 단백질을 생성하도록 했습니다. 이를 위해 연구원들은 먼저 공기 중의 유해한 화학 물질에 반응해야 하는 식물의 유전자를 확인했습니다. 그런 다음 그들은 반응의 "힘"을 증가시키기 위해 클로버의 DNA에 합성 "증폭기"를 추가했습니다. 신호를 감지하기 위해 농부들은 단순히 빛 필터가 있는 어두운 안경을 쓰고 나뭇잎의 색이 녹색에서 주황색으로 바뀌는지 확인해야 했습니다.

아마도 이 기술은 농장뿐만 아니라 집과 도시 아파트에도 적용될 수 있을 것입니다. 유전자 변형 식물의 "녹색 벽"은 통풍구 근처에 설치하면 언젠가 곰팡이의 성장과 독감 바이러스와 같은 공기 중 바이러스의 확산을 느낄 수 있습니다. 이 식물의 경보 신호를 보려면 나뭇잎에 자외선으로 램프를 비춰야 합니다. 과학자들은 인간이 도구 없이 감지할 수 있는 신호를 유발할 수 있는 단백질을 관엽식물에서 곧 발견하기를 희망합니다.

그러나 새로운 기술이 현실화되기 전에 연구자들은 어떤 반응을 조작할 수 있고 어떻게 그것이 우리에게 위험을 알릴 수 있는지 알아내기 위해 여러 관엽식물 종의 DNA를 분석해야 합니다. 작물 및 많은 인기 있는 꽃 식물과 달리 관엽 식물 유전자에 대해서는 아직 많이 알려져 있지 않습니다.

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