Счетчик электроэнергии с логированием данных
ELECTRICITY METER WITH DATA LOGGING

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к измерительному оборудованию, и может быть использовано для анализа и учета потребленной электроэнергии бытовыми приемниками (кондиционерами, электроплитами, электронагревательными приборами, электрическими теплыми полами и тому подобным) за определенный период времени.
Известен счетчик электроэнергии и модуль адаптера для него (патент RU №2714858, публ. 19.02.2020, МПК G01R 22/06, Н04В 3/54), содержащие измерительный блок, блок связи для передачи сигналов данных в полосе связи по силовому кабелю, блок обработки для управления измерительным блоком и блоком связи. Блок связи выполнен с возможностью адаптировать полосу связи к среде связи и содержит блок обработки сигналов, переключатель, соединенный с блоком обработки сигналов, и управляющий модуль для управления переключателем.
Недостатками настоящего технического решения являются узкая область применения и малые функциональные возможности вследствие регистрации электропотребления только активной мощности и невозможности использования данного прибора для анализа электропотребления домашних электроприемников.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство измерения электрической энергии (патент RU №2661673, публ. 18.07.2018, МПК G01R 22/10), содержащее датчик тока, датчик напряжения, преобразователь электрической мощности в частоту импульсов, детектор отклонений среднеквадратического значения напряжения от требований ГОСТ, суммирующее устройство, модуль обработки, шифратор, съемный накопитель, часы реального времени, индикатор, интерфейс передачи данных.
Недостатками данного технического решения являются узкая область применения и малые функциональные возможности вследствие привязки суммации потребления электроэнергии к качеству электроэнергии и оценки электропотребления только активной мощности, что приводит к невозможности использования данного устройства для измерения электропотребления бытовых электроприемников.
Технической задачей предлагаемого изобретения является возможность измерения и записи истории электропотребления бытовыми потребителями за любой промежуток времени.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения электронного счетчика.
Это достигается тем, что известный счетчик электроэнергии, содержащий цифровой ваттметр со встроенным блоком питания, часы реального времени, причем первый вход цифрового ваттметра выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока, а второй вход выполнен с возможностью подключения к сети напряжения 220 В, снабжен программируемым микроконтроллером, картридером с возможностью записи информации на Micro-SD и устройством световой сигнализации, при этом первый вход микроконтроллера подключен к выходу цифрового ваттметра, второй вход подсоединен к часам реального времени, третий вход выполнен с возможностью подключения к программатору, первый выход микроконтроллера подсоединен к картридеру, а второй выход подключен к устройству сигнализации, причем микроконтроллер выполнен с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1
представлена общая принципиальная электрическая схема счетчика
электроэнергии с логированием данных, на фиг. 2 приведен пример
построения графика электропотребления с выбранным периодом осреднения за указанную дату.
Счетчик электроэнергии с логированием данных содержит цифровой ваттметр 1 со встроенным блоком питания, первый вход которого выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока 2, а второй вход - с возможностью подключения к сети напряжения 220 В 3.
Выход цифрового ваттметра 1 подключен к первому входу микроконтроллера 4, первый выход которого подсоединен к картридеру 5. Ко второму входу микроконтроллера 4 подключены часы реального времени 6, а ко второму выходу подсоединено устройство световой сигнализации 7. Третий вход микроконтроллера 4 выполнен с возможностью подключения к программатору 8.
Микроконтроллер выполнен программируемым с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления.
Счетчик электроэнергии с логированием данных работает следующим образом.
Программирование микроконтроллера 4 осуществляется при помощи внешнего программатора 8, подключаемого своим выходом к интерфейсу связи, связанному с третьим входом микроконтроллера 4.
Микроконтроллер 4, картридер 5, часы реального времени 6, устройство световой сигнализации 7 получают электропитание от встроенного в цифровой ваттметр 1 блока питания. При этом цифровой ваттметр 1 с помощью подключенных к его входам трансформатора тока 2 и сети напряжения 220 В 3 анализирует протекающую мощность в цепи, производя подсчет суммарной мощности, потребляемой подключенным к устройству бытовым прибором, и хранит данную информацию во внутренней памяти.
При загрузке и инициализации микроконтроллер 4 получает текущие время и дату с часов реального времени 6, после чего каждую минуту благодаря подаче сигнала на свой первый вход посредством прерываний, генерируемых часами реального времени 6, ведет учет текущего времени. При каждом срабатывании такого прерывания происходит нахождение остатка от целочисленного деления текущего времени на заданный в программе микроконтроллера 4 интервал осреднения.
Если данное значение равняется нулю, то микроконтроллер 4 осуществляет запрос текущих показаний об электропотреблении у цифрового ваттметра 1, который в ответ на данный запрос предоставляет массив данных, включающий:
- текущие время и дату;
- напряжение сети;
- мгновенный полный ток;
- мгновенную активную мощность;
- мгновенный коэффициент мощности;
- суммарную потребленную электроэнергию за текущие сутки.
Эти данные микроконтроллер 4 записывает на Micro-SD карту посредством картридера 5. При невозможности связи микроконтроллера 4 с цифровым ваттметром 1, неполучении микроконтроллером 4 сигнала о текущем времени от часов реального времени 6 или невозможности записи данных на Micro-SD карту посредством картридера 5 производится вывод информации об ошибке посредством устройства сигнализации 7. При указании максимально допустимой потребляемой мощности при программировании микроконтроллера 4 возможна индикация превышения данного параметра, осуществляемая посредством устройства сигнализации 7. Она осуществляется сравнением заданного в программе микроконтроллера 4 значения и значения, полученного при опросе микроконтроллером 4 цифрового ваттметра 1.
Таким образом, в отличие от устройства-прототипа (где счетчик электроэнергии может подсчитывать и передавать суммарную потребленную мощность с момента его включения по собственной линии связи), в предлагаемом изобретении микроконтроллер 4 осуществляет связь с часами реального времени 6 и картридером 5, занимается опросом цифрового ваттметра 1 и ведет самостоятельное логирование данных. Также программируемость микроконтроллера 4 позволяет осуществлять выбор периода записи показаний электропотребления, установку значения максимального электропотребления, при достижении которого сработает устройство сигнализации 7. Часы реального времени 6 позволяют знать точное текущее время, и на основе данной информации микроконтроллер 4 решает, в какой момент производить снятие показаний электропотребления. Картридер 5 позволяет сохранять полученные данные на Micro-SD карту памяти для дальнейшей обработки полученной информации на компьютере. Все эти аспекты позволяют получить дополнительный расширенный функционал счетчика электроэнергии в виде возможности логирования данных.
В результате работы устройства происходит сохранение данных на Micro-SD карту в следующем формате, представленном в таблице 1:
i
Благодаря указанной табличной форме выходных данных в последующем микроконтроллер 4 производит расчет мощности P посредством формулы:
ocp
summ(i)
summ(i-1)
Где T - заданное время осреднения, P - суммарная потребленная к данному моменту электроэнергия, P - суммарная электроэнергия, потребленная к прошлому моменту снятия показаний.
На основе рассчитанных данных возможно построение графиков электропотребления с выбранным периодом осреднения за указанную дату (фиг.2).
Таким образом, предлагаемое изобретение реализует запись данных об электропотреблении с заданным периодом осреднения, что дает возможность ведения истории электропотребления, ее анализа, нахождения максимума и минимума потребления, построения его графиков и общего контроля за электропотреблением, что позволяет обновлять методические данные о расчетных нагрузках современных бытовых электроприемников для уточнения расчетных мощностей электропотребления бытового сектора и уменьшения расхождения расчетного и фактического значения электропотребления. Устройство может быть использовано для сигнализации о превышении установленной мощности электропотребления и управления бытовыми электроприемниками для снижения пикового значения электропотребления квартиры.
Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности и область применения счетчика электроэнергии за счет осуществления периодической записи показаний электропотребления бытовых приемников для анализа электропотребления и уточнения их расчетной мощности, что позволяет повысить точность расчетов электрических нагрузок бытового сектора.