Интеллектуальный счетчик электрической энергии с внешним экраном на базе смартфона

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники, а именно к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии, а также обеспечивает эффективный автоматизированный многотарифный учет, контроль и управление в системах электроснабжения жилых домов с возможностью передачи информации в смежные информационные системы.
Хорошо известны различные виды счетчиков электрической энергии с внешними экранами, например: конструкция счетчика электрической энергии (патент RU 131495 U1, МПК G01R 11/02), содержащая пластмассовый корпус со сформированными литьем элементами креплениями, состоящий из 2-х блоков: измерительного и дистанционного индикационного устройства. Дистанционное индикационное устройство содержит основание с крепящейся к ней печатной платой в сборе с жидкокристаллическим индикатором и светодиодами, крышку, кабель для подключения к сети, кнопки управления.
К недостаткам данного счетчика, как и аналогичных решений с внешними экранами, можно отнести не только сложность схемных решений, но и невозможность получения информации, не хранящейся непосредственно в счетчике, например, о текущей задолженности потребителя и/или об организации, отвечающей за поставку и качество электроэнергии, и т.п.
Также известен интеллектуальный счетчик электрической энергии статический (патент RU 2695451 C1, МПК G01R 22/00), который, кроме выполнения функций измерения параметров электроэнергии, реализует функции взаимодействия интеллектуальных счетчиков электрической энергии статических со смежными информационными системами через модули цифровых беспроводных технологий связи ближнего и дальнего радиуса действия. Визуализацию метрологических данных и информации в принятых единицах измерения, иной цифробуквенной и (или) графической информации, хранящейся в запоминающем устройстве интеллектуального счетчика электрической энергии статического, обеспечивают модуль интерфейса электронного отсчетного устройства и модуль визуализации и отображения информации (дисплей). Используется прием-передача всех информационных пакетов, дискретных сигналов (команд) управления и регулирования, оперативных и архивных данных и информации, хранящихся в соответствующих по назначению модулях энергонезависимой памяти интеллектуального счетчика электрической энергии, с использованием двунаправленных (синхронных) цифровых каналов беспроводных технологий связи и открытых стандартизированных протоколов информационного обмена во внешней (глобальной) информационной системе совершается исключительно в инкапсулированном (защищенном) виде на смежный информационно-вычислительный комплекс высшего уровня для средств, процессов, задач и решений автоматизированных информационно-измерительных систем контроля и учета энергоресурсов (АИИС КУЭ), а также для отображения полученной информации о потреблении электроэнергии в мобильных приложениях для iOS и Android на смартфонах и планшетах в любое время из любой точки мира.
Недостатком данного решения можно отнести невозможность отображения на мобильном устройстве оперативной информации об измеряемых параметрах потребляемой электроэнергии и о ее качестве в режиме «он-лайн», так как эта информация собирается дистанционно и хранится в «облачной инфраструктуре».
Известен счетчик электрической энергии Меркурий-3 Wi-Fi https://www.saures.ru/katalog/umnye-elektroschetchiki/elektroschetchik-merkuriy-3-wi-fi/#custom_tab, содержащий микроконтроллер, блок измерений, блок индикации, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, порт RS-486, а также выносной блок Wi-Fi, объединенные между собой шиной адреса и данных - прототип.
В отличие от представленных выше прототипов предлагаемая полезная модель интеллектуального счетчика электрической энергии с возможностью передачи текущих показаний счетчика на мобильное устройство (смартфон) с внешним экраном обеспечивает:
дистанционный контроль за потреблением электроэнергии и отображение данных в реальном времени на мобильном устройстве;
получение на мобильное устройство информации, не хранящейся непосредственно в счетчике, но имеющей отношение к потреблению электроэнергии в заданной точке учета.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для автоматизации учета, контроля и управления в системах электроснабжения комплекса ЖКХ. Кроме того, с точки зрения экономики, выгоднее использовать для поставленных целей общедоступный смартфон с бесплатным мобильным приложением, чем более дорогой внешний дисплей для счетчиков электроэнергии.
Поставленная цель достигается тем, что в счетчик электрической энергии в составе микроконтроллера, блока индикации, порта RS-485, ОЗУ, ПЗУ, измерительного блока, объединенные шиной адреса и данных, дополнительно введен радиоблок, поддерживающий стандарты передачи данных GSM, CDMA, IEE 802.11 и прочие технологии беспроводной связи, вход/выход которого через шину адреса и данных соединен с измерительным блоком с возможностью передачи информации на смартфон, выполняющий функцию внешнего экрана с отображением информации о энергопотреблении через канал радиоблока.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения информативности устройства за счет учета и контроля фактических величин потребления активной электрической энергии однофазного переменного тока, определяемых за расчетный период, а также оперативной микропроцессорной обработки их значений и вывода результатов на дисплей. Предпочтительным является включение в состав счетчика электрической энергии радиоблока 3, поддерживающий стандарты передачи данных GSM (LTE, NB-IoT), CDMA, IEE 802.11 и прочие технологии беспроводной связи для обеспечения передачи данных на мобильное устройство С.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между ними. Таким образом, заявляемая система соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей устройства. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 представлены скриншоты с экрана мобильного устройства С, на фиг. 3 - плата счетчика с радиоблоком и плата с блоком измерений.
Устройство включает: счетчик электрической энергии В в составе: блок измерения 1, блок индикации 2, радио блок 3, микроконтроллер 4, порт RS-485 5, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 6, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 7. Передача информации с радиоблока 3 осуществляется на мобильное устройство С в составе: интернет сервисы 8, внешний экран 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Счетчик электрической энергии В подключен к питающей сети *-220 В и к потребителю электрической энергии А. Блок измерения 1 преобразовывает сигналы тока и напряжения питающей сети в цифровой вид и производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, значения которых отображаются блоком индикации 2, а также информация подается в радиоблок 3, осуществляющий ее передачу на мобильное устройство С.
Блок индикации 2 отображает результаты измерений и статус состояний работоспособности счетчика.
Радиоблок 3 позволяет подключиться к соответствующей сети оператора сотовой связи, осуществить передачу данных на мобильное устройство С измеренных параметров потребления электросети. Модемы NB-IoT и LTE -SIM7000E или SIM7060R (описание модулей http://www.mt-system.ru/sites/default/files/documents/sim7000_hardware_design_v1.07.pdf; http://mt-system.ru/sites/default/files/documents/sim7060r_hardware_design_v1.00.pdf).
Последовательный порт RS-486 5 обеспечивает подключение счетчика к шине для приема/передачи данных.
Микроконтроллер 4 управляет обменом данными между всеми периферийными устройствами счетчика, вычисляет и преобразовывает измеряемые параметры для передачи данных по различным каналам связи.
Микроконтроллер 4 представляет собой БИС семейства INTEL 80С51 с тактовой частотой 12-14 МГц.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) предназначено для хранения памяти данных и команд для микроконтроллера 4, и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 27С512 емкостью 64 кбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации, связанной с режимом работы системы. ОЗУ представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 6264 емкостью 8 кбайт.
Мобильное приложение в мобильном устройстве С сочетает в себе функции как внешнего экрана счетчика, так и гаджета для использования дополнительных облачных сервисов.
Основной функцией мобильного приложения устройства С является визуализация в реальном времени измеренных параметров потребляемой электроэнергии, полученных со счетчиков В по беспроводной персональной сети ближней связи, например таких как (фиг. 2):
- параметры текущей нагрузки (напряжение сети, ток, мощность, частота и т.д.);
- накопленные значения потребленной электрической энергии;
- журнал событий (перезагрузка счетчика, изменение внутреннего времени, попытки внешнего вмешательства и т.д.).
Мобильное приложение, установленные в мобильном устройстве С, работает через облачные сервисы, и поэтому способно принимать из смежных информационных систем информацию, которой нет в счетчике, но которая тоже имеет непосредственное отношение к процессу передачи и потребления электроэнергии, регистрируемой счетчиком. Например, история оплаты выставленных счетов и баланс лицевого счета, объявления о сроках полного или частичного ограничении передаваемой электроэнергии, советы и рекомендации по экономии, извещения об изменении тарифов и т.д.