El medidor eléctrico, también conocido como el medidor de horas de vatio, es un instrumento eléctrico comúnmente utilizado. Su función principal es medir la cantidad de electricidad utilizada. En los medidores eléctricos convencionales, esta función se logra mediante el uso de la fuerza Lorentz de la corriente de remolino inducida entre el campo magnético de CA fijo y el disco de aluminio móvil para que gire el disco de aluminio. La velocidad de rotación del disco de aluminio es proporcional al producto de voltaje y corriente (es decir, potencia). El mecanismo de conteo cuenta el número de revoluciones del disco de aluminio para medir la energía eléctrica consumida.
Palabras clave: microcomputador de chip único; medidor eléctrico inteligente; Conversión de anuncios; medición de intervalo; medición instantánea
Contenido
Este diseño utiliza un solo microcomputador de chip como el chip de control principal, recopila datos de corriente y voltaje en tiempo real a través de transformadores de corriente y transformadores de voltaje, y luego muestras y convierte la señal analógica en una señal digital a través de la conversión de AD, que luego se procesa y calcula mediante el microcomputador de chip único para obtener la microescontura de electricidad y mostrarlo en la pantalla LCD. Al mismo tiempo, el sistema también tiene funciones de almacenamiento y comunicación de datos. Puede almacenar datos de consumo de energía en EEPROM y transmitir datos con el sistema superior a través de la interfaz de comunicación RS485.
La composición del hardware del medidor inteligente.
Transformador de corriente y transformador de voltaje:Este diseño utiliza transformador de corriente de precisión y transformador de voltaje para convertir la corriente y el voltaje reales en señales adecuadas para el procesamiento de microcomputador de un solo chip.
Convertidor de anuncios:El chip ADC0809 se utiliza para convertir señales analógicas en señales digitales, y las señales de corriente y voltaje recopiladas se convierten en señales digitales que pueden procesarse por la microcomputadora de un solo chip.
Microcomputador de un solo chip:El microcomputador de un solo chip AT89C52 se usa como el chip de control principal para procesar y calcular las señales digitales recolectadas y controlar la operación de todo el sistema.
Pantalla LCD:Se utiliza una pantalla de cristal líquido 12864 para mostrar información como la potencia y el estado del sistema.
Memoria de EEPROM:El chip AT24C02 se utiliza para almacenar datos de consumo de energía para garantizar que los datos no se pierdan.
Interfaz de comunicación RS485: el chip Max3485 se utiliza para realizar la comunicación con el sistema superior y transmitir datos de consumo de energía e información de estado del sistema.
Este diseño no solo puede medir la potencia total desde la instalación, sino también medir la potencia del intervalo y la potencia instantánea. Para la potencia de intervalo y la potencia instantánea, el método de interrupción se usa para la medición, y después de regresar, el valor medido se devuelve al espacio de almacenamiento de la potencia total para su adición.
El siguiente es el diseño principal del programa.
Programa de inicialización:Inicialice los dispositivos de hardware como el microcontrolador, el convertidor AD, la pantalla de visualización LCD, etc.
Programa de adquisición de datos:La corriente en tiempo real y los datos de voltaje se recopilan a través de transformadores de corriente y transformadores de voltaje, y la señal analógica se convierte en una señal digital a través de la conversión de AD. Independientemente de si se recoge la señal de voltaje o la señal de corriente, la frecuencia es 5 0 Hz. Este diseño muestra la potencia recolectada una vez cada 0.002S, y la frecuencia de muestreo es de 500Hz, lo que cumple con el requisito de "más de 5 veces la frecuencia" del teorema de muestreo de Nyquist. El método de muestreo de este diseño puede restaurar mejor la información de la potencia muestreada incluso si hay una cierta fluctuación de frecuencia.
Programa de procesamiento de datos:El propósito es procesar y calcular las señales digitales recopiladas. Establecemos el tiempo de muestreo en TS, el valor de voltaje muestreado para nosotros, el valor de corriente muestreado a IS y el valor de energía obtenido por un solo muestreo es el producto de los tres, TS · US · IS. Luego agregue este valor al valor de energía total anterior y guárdelo en la EEPROM, completando así el proceso de procesamiento de datos único.
Nuestro programa principal es realizar repetidamente la adquisición de datos y el procesamiento de datos. También hay programas de visualización, programas de comunicación y programas de manejo de excepciones. Sus funciones son las siguientes.
Programa de visualización:Muestre la información, como la potencia y el estado del sistema que se mostrará en la pantalla LCD. Para la potencia mostrada, se actualiza cada 1 segundo.
Programa de comunicación:Los datos se transmiten con el sistema superior a través de la interfaz de comunicación RS485, y los datos de consumo de energía y la información de estado del sistema se envían al sistema superior.
Programa de manejo de excepciones:Cuando el sistema tiene una situación anormal, como corriente anormal o voltaje, falla de comunicación, etc., se puede procesar en consecuencia y se pueden dar indicaciones de alarma.
La medición de la potencia del intervalo se lleva a cabo por interrupción. Primero, ingrese la longitud de la electricidad del intervalo que se medirá presionando el botón, como 1 hora, 1 día. Luego calcule el número de muestras requeridas. Después de determinar el número de muestras, inicie el programa de muestreo de electricidad de intervalo. Al igual que el programa principal, también realiza la adquisición de datos y el procesamiento de datos. La diferencia es que el valor de electricidad obtenido por una sola adquisición no solo debe agregarse al valor de electricidad total anterior, sino también al valor de electricidad de intervalo total. Después de completar los tiempos de muestreo, salte de la medición de este intervalo de electricidad y complete la medición de este intervalo de electricidad.
El medidor inteligente basado en la microcomputadora de un solo chip diseñado en este documento puede realizar la función del monitoreo y la grabación en tiempo real del consumo de electricidad doméstica. También tiene funciones de almacenamiento y comunicación de datos. Puede almacenar datos de electricidad en EEPROM y transmitir datos al sistema superior a través de la interfaz de comunicación RS485. En la etapa posterior, el módulo WiFi también se puede agregar para comunicarse con el mundo exterior. Los resultados de la medición son precisos y tienen buenas capacidades anti-nominos y anti-interferencia. Este diseño puede mejorar la eficiencia de la electricidad, reducir el desperdicio de energía y proporcionar un fuerte soporte para la inteligencia y la automatización de los sistemas domésticos inteligentes.