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电子外表中的要害部件及无线技能

电子仪表用于测量燃气、水、热能和电能,是我们每天使用但是却很少关注的公用仪表,如气表和水表、热表、电表。与目前仍在使用的传统机

  电子外表用于丈量燃气、水、热能和电能,是咱们每天运用可是却很少重视的共用外表,如气表和水表、热表、电表。与现在仍在运用的传统机械式和或机电式外表比较,电子外表有更多的优势,然后能够被广泛的运用于公共事业商场。这些长处包含:

  可靠性和耐用性:不需求多动部件是电子外表解决计划的明显长处,电子外表能够承受更高强度的机械应力,它能够被置于野外,处于气候条件和温度随时节改变的露天自然环境中。尽管电子元件对温度改变很灵敏,可是这些改变量能够很容易地预算并予以补偿。

  高精度:一般的电子外表准确度抵达0.8%,而有些电子外表供给的精度规范抵达0.5%,乃至0.2%,契合更严厉的美国国家规范(AmericanNationStandard,ANSI)C12.20-2002规范。依据MCU或DSC的电表的准确度能够由单软体参数指定,装置时能够依据运用的需求便利地批改这些参数,一起坚持硬体渠道不变,由于同一种产品能够布置在不同的区域而且能够便利地进行现场更新,所以共用事业公司和外表制造商能够进行流水出产,并经过扩展规划而进步收益。

  非线性负载和低功率(电表):无功率负载(电机耗费的电可达电能运用总量的40%)和非线性负载份额的不断增加给供电方带来了担负,传统外表已不能充分地丈量低功率因数体系的能耗,而电子外表能够便利地指示有功/无功功率和功率因数的瞬时值,该材料能够用于提示用户并未考虑功率因数的收费体系供给根底材料。

  易于校准:电子解决计划能够便利地补偿温度改变,当然一起还需求考虑机械/物理改变。电子外表能够运用几种技能来供给非易失忆记忆体(EPROM、EEPROM和快闪记忆体等)以存储批改/校准参数。能够定时复查和更新(现场)这些参数,以确保外表精度一直契合要求。

  防篡改维护:电子外表能够运用多种简洁办法来检测篡改和狙击事情。特别关于电表,能够检测到许多“典型”情况。例如:不对称负载(经过接地复合回路来躲避计量)、暂时断开(或绕过)外表运用永磁体使电流互感器饱满或计数器间断计数、故意损坏行为。当检测到这些行为时,在有些情况下电子外表会采纳特定的“办法”或简略地给出一个正告标志,若外表与读表网络相连,会当即向共用事业公司发送警报。

  主动读表:由于不需求在每次付费时进行人工抄表,主动读表能够为共用事业公司节约很多本钱。人工抄表是劳动密集型的作业,容易发生(人为)过错而且由于外表坐落用户的居处内会给用户带来不便利。当时运用几种技能来对电子外表进行主动读表或许对现有机械/机电式进行创新改造。

  经过下列机制能够主动读取电子外表并与其进行通讯:

  ●红外线—经过坐落外表表盘上的短距离红外线LED;

  ●射频(RadioFrequency,RF)–短距离和长距离;

  ●材料数据机—经过电话线;

  ●传输线载波(PowerLineCarrier,PLC)–短距离到中距离;

  ●序列埠(RS-485);

  ●宽带。

  主动读表的优势经过与掌上型设备(经过红外线或RF,能够相隔数百英尺)通讯就可表现出来。尽管这样做并不能革除操作人员拜访每个地址,可是能确保读数正确并大大加快了读取速度。再例如,在一个多住户的大楼内,多个外表能够被衔接到一个RS-485网路,经过一个节点进行读取,相同能够进步速度和精度。

  安全性

  跟着丈量主动化程度的进步,对通讯技能的安全需求也相应增加了,因而共用事业公司搜集材料的隐私性和完好性就显得非常重要。例如,Microchip的解决计划包含高档的加密的三重DES和AES(最高可到达256位暗码),以及用于进行用户身份验证和拜访操控的低本钱专有解决计划(KEELOQ安全)

  先进的付费办法

  经过运用电子外表能够完结两种全新的付费技能:分时付费和预付费。其间,分时付费是指在每天的不一起段或每周的某些天对同一种共用资源(例如,电能)收取不同的费用。此技能运用共用事业公司能够调理需求然后优化全天对动力的运用,经过在顶峰时段(或每周的某些天)收取更高地运用费,鼓舞用户合理高效地运用资源。电子外表能够集成廉价的及时时钟。(Real-Clock,RTC)和日历(RTCC)电路来及时跟共用资源的运用情况。

  其间分时付费是指在每天的不一起断或每周的这些天对同一种共用资源(例如,电能)收取公司能够调理需求然后优化全天对动力的运用。经过在顶峰时段(或每周的这些天)收取更高的运用费,鼓舞用户合理高效地运用资源。电子外表能够集成廉价的及时时钟(Real-TimeClock,RTC)和日历(RTCC)电路来及时随从共用运用情况。

  预付费技能意在使公共事业公司下降收费的财政本钱。该技能答运用户提早生意有限数量的服务并承受赊购,一般经过才智卡或许磁卡付费。在这种情况下,是否供给服务(燃气、水、热能或电能)的关卡。

  不管丈量的是燃气、水、热能仍是电能,都将用到上述部分或悉数的特性,这些特性使得电子外表成为新式(敏捷扩展的)商场和现有(已存在的)商场的首选计划。

  外表组成

  电子外表最要害的部件是感测器、显现器、电源体系,MCU则成为新式外表的操控中心。例如,只需选用一块专用的电能计量IC(MCP3905)和一个显现/计数器即可便利廉价地完结电表。当选用8或16元MCU乃至16位元数信号操控器(DigitalSignalController,DOS)时,还能够获得更高档的解决计划。

  关于气表和水表,它们运用的是正向位移式流量计,它们需求丈量有多少单位体积的流体流过外表。每流过一个单位体积的流体,转轴或磁体旋转一周。旋转的圈数可被转换为电派动序列,并由MCU进行计数。MCU的任何一个数位输入引脚都能够完结派动计数,可是最好将派动输入信号衔接到间断引脚或计时器/计数器引脚,这样能够尽可能多地运用休眠式来把功耗降至最低。

  热表选用的是水流量丈量办法,检测器材是温度传感。最常用于热量计量的感测器是电阻温度检测器(ResistanceTemperatureDetector,RTD)。温度感测器对一般运用RTD,由于它们易匹配,精度高,丈量精度可达0.1度。这些器材相对廉价,可是有必要针对所运用的量程规模对它们进行线性化处理。线性化能够轻松地由运行在MCU上的软体来完结。一旦搜集了温度和流量材料之后,经过数学运算就能够计算出所运用的辐射热量。

  电表是选用电流感测器和电压感测器丈量电能的。确认功率因数则需求更杂乱的丈量手法,但根本上也运用这两种感测器。感测器的数量有必要与体系中电相位的数量共同。这些感测器和援助电路已被集成到专用IC中,运用这些IC能够轻松完结电表规划并能准确丈量非线性参数。

  外表最常用地显现部件是LCD和LED,由于它们价格廉价且功耗很低。其间,LED是一种相对高效的光源,当直接极化时(用较低的电压:1.2-1.6V),只需几毫安培电流就能够发生强光。跟LED相似,每个LCD段能代表数码管中的一段、矩阵中的一个图元或自定意的一个完好图示。

  外表通讯技能

  一般在电子外表中运用通讯技能,来装备外表内德参数和传送存储的材料到主机。通讯办法能够是有线(电话线和传输线等)或无线(IrDA和蜂窝无线网络等)。

  一旦选用无线通讯埠,规划者就需求采纳办法维护外表的内容。通讯软体应具有几个安全等级。例如,首要,软体应选用合理的办法只答应授权人员读取外表内容;第二,外表应具有几个拜访等级。比方,答应第一个等级的用户读外表,答应第二个等级的用户读取和铲除外表材料,答应第三个等级的用户装备外表内的参数等等。

  有线通讯

  电话线

  电话线可能是地球上运用最广的“网路”。电话线最常用于电信通讯,由于电话线的入室点一般跟电表很近。水表很可能坐落街边,而气表一般在房子的其他地方,需求额定的设备才干运用电话线。

  电话线需求一个固定数据机才干进行通讯。嵌入式数据机串列传输速率在1200到56K之间。MCU和嵌入式数据机间的界面是一个简略的序列埠和一些状况和操控线。嵌入式数据机一般运用规范AT命令集通讯,该命令集能够很便利地装置在MUC上。比如TDKSemiconductor、Secom、Zoom和Wintec公司都供给数据机模组和分立的数据机IC,可用于嵌入式体系的规划中。

  乍一看会觉得运用电话线通讯是个好办法。但外表中广泛选用的数据机需求运用本地号码拨号上网。但业主一般不喜欢外表拨打长途电话。该办法还要求根底设备能处理这些拨入电话并与外表通讯,所以数据机有必要能检测是否有其他通话拨入并间断当时通讯(这对紧迫拨叫非常重要)。

  DsPIC30F系列器材完结的软数据机计划,其DsPICDEM.net开发板供给了一个根本渠道,用于开发和评价软数据机的Iinternet衔接计划,该数据机选用的是DsPIC30F601416位元数位信号操控器。

  (2)传输线

  本技能选用沟通传输线作为通讯介质。传输线通讯模组一般坐落电表内,便于与高压沟通传输线衔接。本技能不能同用于室内而非室外通讯的X-10混杂,它所面对的首要应战是材料传说要经过沟通变压器,该变压器用于将传输线上极高电压降到240V入室电压。这些变压器好像滤波器相同,所以在变压器间传送材料的技能非常重要,需求运用扩频或相似的通讯技能。空谐和冰箱会在传输线上发生很多的杂讯,数据机有必要能在这种环境中可靠地传输材料。

  传输线通讯要求根底实设备能搜集从室内传送过来的材料,一般是流经变压器的材料流程。

  这些搜集“站”一般经过电话线将数据传回到材料存储设备。受将受约束,传输线数据机没有成为干流技能,但AMTeach、HuntTechnologies和DCSI/TWACS公司都供给了依据该技能的解决计划。

  Wi-Fi技能也归于有线技能,由于它需求一个相似于有线以太网的网路来衔接和传输材料。不过这些有线技能(如电线数据机和以太网等)都没有用于外表,首要是由于他们需求业主订货服务并需求装置额定的配线。

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