Электросчетчик, передающий показания: характеристика учетного оборудования

В этой статье рассматриваются особенности такого учетного оборудования, как электросчетчик, передающий показания: специфичность приборов, их устройство, преимущества и недостатки, система использования устройств с дистанционным контролем, схема передачи показаний по расходу электрической энергии и правила выполнения данной процедуры согласно требованиям контролирующих органов.

Электросчетчик, передающий показания, позволяет автоматически отправлять данные об использованных киловаттах

Электросчетчик, передающий показания: особенности приборов

Счетчики, укомплектованные удаленной системой считывания, подойдут для владельцев квартир, которые не хотят каждый месяц задумываться над тем, каким способом и куда передать полученные показания учетного прибора. Если у потребителя электрической энергии установлено дома подобное устройство, передача данных будет осуществляться в автоматическом режиме без непосредственного участия человека.

Использование счетчиков с дистанционной передачей данных удобно как для владельцев квартир, так и для предприятий

Отправка накрученных киловатт не отнимает много времени, а сам процесс комфортен и удобен. Предприятия, занимающиеся поставками электричества, с помощью этих приборов могут отслеживать уровень потребления энергии населением.

В глобальном смысле электрические счетчики, которые способны осуществлять передачу информации в дистанционном режиме, позволяют рационализировать расход электроэнергии и добиться эффективной работы всей системы, начиная с производства энергии, оканчивая ее потреблением и обработкой данных для оплаты коммунальных счетов с помощью сетевых информационно-измерительных систем.

Назначение информационно-измерительных систем

Сетевые системы, предназначенные для сбора измерительной информации по показателям счетчиков, организуют процесс дистанционной передачи данных с учетного оборудования через всемирную сеть интернет.
Работа подобных систем автоматизирована. За счет программного обеспечения происходит считывание информации и последующая отправка полученных данных на сервер энергопоставляющей компании.

Данные о показателях счетчика автоматизировано отправляются с помощью сети интернет

Информационно-измерительные системы используются для автоматизации следующих процессов:

• сбор информации;
• передача данных;
• анализ показателей по энергопотреблению.

Использование информационно-измерительных систем энергопоставляющими компаниями не только дает им доступ к показателям по потреблению электрической энергии, но и обеспечивает ряд дополнительных функций. Сюда относятся следующие возможности:

• работа учетного оборудования в режиме нескольких тарифов;
• подключение или отключение потребителя электроэнергии в дистанционном режиме;
• индивидуализация работы с потребителем электрической энергии с учетом условий подписанного договора;
• пересылка предупреждающих уведомлений;
• эффективный анализ собранной информации и т.п.

Одним из преимуществ использования интеллектуального счетчика является анализ энергопотребления

Преимущества автоматической передачи показаний электросчетчика для пользователей

Устанавливая в своей квартире счетчики, имеющие функцию автоматической дистанционной передачи данных, владелец жилья получает множество преимуществ.
Преимущества системы для пользователей:

• решение спорных ситуаций – показания по счетчику могут фиксироваться каждый день. Подобная схема передачи данных позволяет исключить конфликтные ситуации, если возникли проблемы с квитанциями или передача информации абонентом осуществляется не регулярно;
• контроль показаний – учетные приборы предоставляют возможность снимать показатели с мест, которые потребитель посещает редко, например, с арендной квартиры, гаража или дачного дома;
• высокая точность расчета во время переключения тарифа – если показания по дате изменения тарифа отсутствуют, энергетические компании производят начисления, исходя из средних показателей. Как правило, расчет осуществляется в пользу компании-поставщика. Использование учетных приборов с функцией дистанционной передачи позволяет избежать подобных проблем;

Счетчик с автоматической системой подсчета будет удобен для пользователей, которые используют несколько тарифов учета электроэнергии

• дистанционный контроль работы счетчика – оборудование можно использовать для предварительного прогревания жилья. Достаточно подключить прибора за пару часов до прихода домой, чтобы система обогревателей прогрела помещения к приезду. Для этого потребуется смартфон;
• безопасность – если владелец жилья забывает отключить электроприбор, например, утюг или плиту, нет нужды возвращаться домой. Достаточно обесточить квартиру, удаленно отключив счетчик;
• практичность и экономия времени – пользователю не нужно тратить время и усилия на снятие показаний, очереди у касс или передачу информации с помощью стандартных способов.

Энергокомпания может дистанционно отключить потребителя от электроэнергии

Устройство счетчиков для дистанционной пересылки показаний электроэнергии

Оборудование, предназначенное для учета электрической энергии, представляет собой своеобразный преобразователь, который переформирует аналоговый сигнал в импульсную частоту. При подсчете этих импульсов вычисляется объем потребляемой электроэнергии.

Если сравнивать электронные приборы с устройствами индукционного типа, то отличия затрагивают не только внутреннее строение, при котором отсутствуют механические вращающиеся элементы.

Особенностью современного счетчика электронного типа является обширные дополнительные возможности

Главной отличительной чертой является расширенный функционал:

• увеличенный интервал времени для входного напряжения;
• удобная организация систем многотарифного учета;
• наличие режима просмотра показателей за прошедшие периоды (месяцы);
• возможность измерения потребляемой мощности;
• возможность подключения к системам автоматического снятия и передачи данных.

В отношении конструкционного строения современный счетчик электронного типа представляет собой корпусный каркас, оснащенный измерительным трансформатором тока, клеммной колодкой, а также печатной платой. Последняя служит основой для монтажа электронной составляющей прибора.

Владелец жилья может обесточить квартиру, удаленно отключив электросчетчик

Строение счетчиков электроэнергии, передающих показания в дистанционном режиме

Конструкция современного счетчика электронного типа состоит из следующих элементов:

• дисплея ЖКИ;
• часов, отображающих реальное время;
• трансформатора тока;
• телеметрического выхода;
• органов, осуществляющих контроль и управление;
• источника питания, предназначенного для обслуживания электронной схемы;
• супервизора;
• оптического порта, который может быть установлен опционально.

Дисплей ЖКИ является буквенно-цифровым индикатором многоразрядного типа. Его основная функция заключается в индикации рабочих режимов счетчика. Помимо этого компонент отображает информацию об израсходованной электрической энергии, текущее время, а также дату.

Источник питания обеспечивает напряжение на микроконтроллере и других компонентах, установленных в электронной схеме. Непосредственно к нему подключен супервизор, формирующий сигнал сброса для микроконтроллера, возникающий, когда происходит отключение или включение питания. Помимо этого супервизор отслеживает изменения входного напряжения.

На дисплее счетчика отображается количество использованной электроэнергии, текущее время и дата

Часы, отображающие реальное время, используются для точного учета даты и текущего времени. В некоторых модификациях счетчиков подобную опцию выполняет микроконтроллер. С целью снижения нагрузки на эту деталь чаще всего для подобных целей предусмотрено наличие отдельной микросхемы. Она экономит расход мощности микроконтроллера, направляя эту энергию на осуществление более важных задач.

С помощью телеметрического выхода счетчик подключается к персональному компьютеру или систему дистанционной передачи данных. Оптический порт предназначен для снятия показаний непосредственно с учетного устройства.

Микроконтроллер и функции приборов с дистанционной передачей показаний электроэнергии

Самой важной частью прибора является микроконтроллер. Он выполняет большую часть функций:

• преобразование входного сигнала, идущего от трансформатора тока, в цифровые данные;
• математическая обработка информации;
• вывод результата на дисплей;
• прием команд от управляющих органов;
• управление интерфейсами.

Устройство может отключаться, если превышен назначенный лимит энергии

Перечень функций микроконтроллера зависит от установленного программного обеспечения. На сегодняшний день осуществляется активная работа по совершенствованию подобного оборудования, которое заключается в добавлении дополнительных функций. К таким опциям относится возможность осуществлять контроль состояния электросети, передавая при этом данные в диспетчерский центр.

Нередко в счетчиках предусмотрена функция, позволяющая ограничивать уровень мощности сети. Если имеет место превышение потребляемой мощности, прибор автоматически прерывает потребителю электроэнергии доступ к сети. Эта система работает за счет контактора, контролирующего подачу напряжения. Устройство также может отключаться, если потребителем превышен назначенный лимит энергии или закончились предоплаченные средства за электричество.

В большинстве счетчиках электронного типа установлен модуль для подключения автоматизированной учетной системы

Система контроля в счетчиках электроэнергии с дистанционным снятием показаний

Автоматизированные системы, предназначенные для контроля учетных данных по электрической энергии, разработаны благодаря появлению микропроцессоров по доступной стоимости. Цена этих устройств была относительно доступной, поэтому установку подобного оборудования могли себе позволить только крупные предприятия промышленного сектора.

С изобретением электронных счетчиков и ПК автоматизированные системы учета сделали существенный шаг вперед. Благодаря внедрению сотовой связи были созданы системы беспроводного типа.

Автоматизированные учетные системы выполняют следующие функции:

• сбор потоков электрической энергии за разумный промежуток времени на всех уровнях напряжения;
• обработка полученной информации;
• формирование отчетов по отпущенной или потребленной мощности (электрической энергии);
• анализ и прогнозирование по генерации (потреблению);
• обработка показателей оплаты;
• выполнение расчетов по электрической энергии.

Для передачи данных со счетчика используется система связи GSM

Чтобы организовать систему автоматизированного учета, нужно выполнить следующие действия:

Замер расхода электроэнергии в счетчиках, дистанционно передающих показатели, осуществляется каждый час

Как передать показания электросчетчиков с автоматизированной системой

Процесс отсылки данных осуществляется без участия абонента. На него возлагается лишь обязанность передачи первого показателя. Эти данные необходимо сообщать до тех пор, пока производитель не вышлет уведомление о том, что больше нет необходимости в этом. Замер расхода электроэнергии в подобных счетчиках осуществляется каждый час. Один раз в сутки полученная информация отправляется в контролирующую организацию. В некоторых моделях используется мобильная связь.

Как работают счетчики электроэнергии, передающие показания автоматически

Простейшие системы автоматизированной передачи данных осуществляют свою работу поэтапно:

В роли главных участников первого этапа выступают устройства, выполняющие замер параметров системы, и непосредственно сами электросчетчики. К категории измерительных устройств относятся всевозможные датчики, которые подключены к системе посредством аналоговых цифровых преобразователей или оснащены выходом, используемым для подключения интерфейса.

Автоматизированная система собирает данные, анализирует их и сохраняет на сервере

Линия интерфейса, используемая для передачи информационного сигнала, имеет входное сопротивление 12 Ом. Поскольку мощностные возможности передатчика ограничены, подобные ограничения налагаются и на количество устройств-приемников, которые подключаются к этой линии. Максимальное число датчиков, на которое рассчитана работа приемника, составляет 32 шт.

На втором этапе в работу вступают контроллеры, транспортирующие сигнал между линиями интерфейса. Данная процедура необходима для считывания информации контроллером или персональным компьютером. Если в соединении задействовано более 32 датчиков, то в системе устанавливаются концентраторы.

На третьем этапе задействован сервер, ПК и контроллер, которые собирают данные, анализируют их и сохраняют. Система обязательно должна иметь соответствующее программное обеспечение, позволяющее выполнять ее настройку.

Для передачи показателей удаленно используются как электронные, так и индукционные устройства

Электросчетчики индукционного типа и автоматические системы передачи данных

Для передачи показателей в дистанционном режиме могут применяться не только электронные приборы. Индукционные устройства, маркируемые буквой «Д», оснащены телеметрическим выходом. По сути, этот выход представляет собой импульсный датчик. К категории подобных устройств можно отнести модель СРЗУ-И670Д. За счет импульсного датчика в рамках двухпроводной линии связи осуществляется передача информации в систему, собирающую и обрабатывающую данные. Информация содержит данные по активной электроэнергии, которая проходит черед прибор.

Источником импульсов является измерительный трансформатор. Он излучает магнитный поток, пересекающий металлический сектор, насаженного на ось алюминиевого диска. Далее осуществляется передача этих импульсов на схему датчика, а после этого на линию связи, которая питает этот датчик.

На импульсном датчике установлена фотосветодиодная головка. Она представляет собой пару, состоящую из светодиода и фотодиода. Датчик внутри электросчетчика имеет специфичное расположение. Устройство установлено так, чтобы головка была повернута в сторону алюминиевого диска. Светодиод излучает сигнал, который отражается диском, а затем его принимает фотодиод. Затемненный сектор на диске обеспечивает прерывистость сигнала.

Эти прерывания отслеживаются электронной схемой, преобразовываются и подаются на линию связи в виде последовательности импульсов. Затем их получает приемное устройство, выполняет подсчет количества за определенный период времени и отображает результат на дисплей.

Для электросчетчиков с дистанционным считыванием данных необходимо бесперебойное подключения к сети

Почему выгодны именно электронные счетчики при передаче показаний за свет

Теоретически описанная ранее система с индукционным счетчиком возможна, однако на практике в ней нет смысла. Подобные приборы постепенно изымаются из эксплуатации и заменяются электронными. Исключением являются локально размещенное учетное оборудование.

Электронные устройства в отношении создания автоматизированных систем передачи показаний обладают значительными преимуществами, которые обуславливаются информационной составляющей и обширными сервисными возможностями.

К недостаткам подобного оборудования относится необходимость постоянного подключения к сети. При отъезде на длительное время нельзя использовать предохранитель для отключения счетчика. Для этого предназначен специальный выключатель. Исключающим фактором является проведение электромонтажных работ. В остальном эксплуатация электронных счетчиков, самостоятельно передающих показания, сопровождается преимуществами для пользователя.

Счетчик электроэнергии с дистанционным снятием показаний

При съеме показаний счетчиков электроэнергии многие сталкиваются с рядом трудностей. Надо вплотную подойти устройству, чтобы понять, какие именно значения на нем отображаются. Если прибор расположен невысоко, проблем с этим обычно не возникает. В противном случае придется каждый раз думать, как добраться до табло, чтобы хорошо рассмотреть показания. Те, кто установил умный счетчик электроэнергии с пультом, подобных трудностей обычно не испытывают. Инновационное решение обладает множеством преимущества. Однако, стоит познакомиться заранее с их конструктивными особенностями и принципом работы, чтобы выбрать наиболее подходящее место для размещения устройства.

Что это такое

Конструктивное исполнение счетчиков электроэнергии, осуществляющих дистанционное снятие показаний, позволяет в автоматическом режиме снять показания с прибора и отправить полученную информацию в специальную платежную систему. Это существенно упрощает пользование устройством и позволяет сохранить время. Благодаря автоматизации процесса передачи данных процесс начисления оплаты за потребленную электроэнергию становится прозрачным. Конструктивное исполнение электросчетчика с пультом предполагает постоянное подключение к сети.

Вся информация в платежные системы передается в режиме реального времени. Это позволяет исключить ошибку при передаче данных или умышленное снижение/завышение количества потребленных киловаттов. Это позволяет оптимизировать свои расходы. Пользователь начинает платить только за то количество электроэнергии, которое было потреблено в реальности. Даже если снятие показаний было произведено с некоторым опозданием.

Учитывая, что передача данных осуществляется в дистанционном режиме, прибор не предъявляет особых требований к месту размещения. Нередко их размещают под плиткой, устанавливают под раковиной либо в любом другом месте, где табло устройства будет располагаться ниже уровня глаз. При необходимости актуальные данные можно будет считать при помощи телефона или компьютера. Устройство само отправит все актуальные сведения.

Конструктивное исполнение умных моделей позволяет добиться необходимой детализации и точности. В состав подобных устройств входит специальный узел, обеспечивающий отправку данных в обслуживающую компанию. Передача информации о размере потребленного электричества осуществляется раз в сутки. При этом сами устройства позволяют определить, вмешивался ли кто-то в их работу. Это исключает кражу электроэнергии из-за остановки или замедления работы считывающего узла. В случае поломки или возникновения ошибки прибор также информирует управляющую компанию о необходимости вмешательства в его работу.

Функциональные возможности

Основным назначением электросчётчиков данного типа является передача сведений в автоматическом режиме. Вся информация по сбору, отсылке и анализу автоматизирована. Благодаря их установке у энергетических компаний-поставщиков значительно расширяются возможности при оказании услуг потребителям, что было бы невозможно при использовании традиционных моделей.

Смарт устройства позволяют:

• Установить для пользователей несколько тарифных планов. При максимальной нагрузке на систему из-за большого количества пользователей тариф может быть увеличен. В другое время наоборот снижен. Это позволит стимулировать потребителей пользоваться энергоемким приборами в тот период времени, когда нагрузка на систему минимальная. Например, в ночные часы;
• Производить подключение/отключение потребителей в удаленном режиме. При систематическом не поступлении платежей управляющая компания может отключить потребителя, не высылая бригаду электромонтеров. После оплаты задолженности она может также восстановить электроснабжение конкретного дома или квартиры;

• Обеспечить более тесное и эффективное взаимодействие с потребителем, что прописывается в заключаемом договоре. Для связи с пользователем используется интернет;
• Проанализировать полученные данные для повышения эффективности взаимодействия с конкретным потребителем;
• Просмотреть показания, переданные ранее.

Имеют больший временной интервал входного напряжения, чем у индукционных моделей.

Где купить

Приобрести приборы с дистанционным снятием показаний можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте АлиЭкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Преимущества и недостатки

Несмотря на широкие функциональные возможности, устройства учёта с автоматической передачей данных имеют ряд неоспоримых преимуществ. К достоинствам стоит отнести:

• Возможность быстрого урегулирования споров, периодически возникающих между поставщиком и потребителем. Все сведения передаются в управляющую компанию ежедневно и фиксируются. Это исключается возникновение конфликтов, которые могут иметь место при некорректном введении сведений в квитанцию либо нерегулярной отправке показаний;

• Контроль за устройством, установленном на любом объекте. Неважно, где находится электроприбор: в квартире, гараже или на даче, представители управляющей компании получают доступ к показаниям даже при отсутствии владельцев дома;
• Высокую точность расчетов при изменении тарифного плана. Если нет точного значения показателей на ту дату, когда потребитель перешел со старого тарифа на новый, расходы рассчитывают по усредненному значению. Это может оказаться невыгодным как одной, так и второй стороне. Как правило, потребитель получает более высокий счет, чем он должен быть на самом деле. Если же сведения передаются ежедневно, энергокомпания вынуждена выставить счет, оформленный по всем правилам;
• Возможность вхождения в состав системы «умный дом». Приборы с пультом управления используются при необходимости предварительного включения обогревательного контура. Для этой цели используется специальная программа, позволяющая создать комфортную температуру в доме за несколько часов до возвращения хозяев;

• Безопасность. Нередко потребители забывают отключить электроприборы и надолго уходят из дома. Вспомнив об этом, им необязательно возвращаться: достаточно получить доступ к смартфону или компьютеру для отключения прибора учета;
• Практичность. Чтобы оплатить потребленное количество киловатт, потребитель вынужден сначала посмотреть сведения на табло, затем внести их в специальную форму или передать другим способом поставщику, и только потом он сможет оплатить предоставленную услугу. Многие не могут найти время для того, чтобы просто посмотреть показания. Учитывая, что все сведения передаются в автоматическом режиме, процедура существенно упрощается.

К недостаткам стоит отнести необходимость постоянного подключения к электросети. При этом велика вероятность выхода их из строя при скачках напряжения. Некоторым потребителям также не нравится возможность их отключения в удаленном режиме. Имея даже незначительную задолженность, приходится думать о наличии света в доме или квартире.

Конструктивное исполнение

Принцип работы счетчиков электроэнергии, предназначенных для дистанционного снятия показаний, предполагает преобразование аналоговых сигналов в импульсы. За счет подсчета последних вычисляется объем потребленных киловатт. Устройство состоит из корпуса, внутри которого располагаются:

• жидкокристаллический дисплей, являющийся многоразрядным буквенно-цифровым индикатором. Благодаря ему непосредственно на приборе можно увидеть режим работы и объем уже потребленных пользователем киловатт, дату и фактическое время считывания информации. В некоторых моделях для отображения фактической даты и времени используется отдельный узел — часы. В других эту функцию на себя берет микроконтроллер. Чтобы снизить не него фактическую нагрузку, предусматривается отдельная микросхема. Последняя уменьшает потребляемую мощность при определении даты и времени;
• таймер, благодаря которому становится доступным фактическое время;
• трансформатор тока;

• телеметрический выход. Специальный разъем, благодаря которому прибор может быть подключен к персональному компьютеру либо другому устройству, обеспечивающему передачу данных через интернет;
• элементы контроля и управления;
• источник питания, отвечающий за автономность работы устройства. Благодаря ему поддерживается работоспособность электронной схему. К нему же подключается супервизор;
• супервизор, создающий сигнал сброса для микроконтроллера. Необходим в момент включения либо отключения электропитания на устройстве. Благодаря этому управляющая компания имеет возможность контроля работоспособности счетчика. Также супервизор используется для отслеживания колебаний входного напряжения. При изменении значений отправляются соответствующие сведения;
• оптический порт. Есть не у всех моделей. Позволяет снять показания непосредственно с прибора учета. Иногда его также используют для программирования данных.

Микроконтроллер

Функциональные возможности устройства обеспечиваются благодаря специальному программному обеспечению, разработанному для микроконтроллера. В настоящее время данный узел устанавливается на всех современных приборах, контролирующих объем оказываемых услуг. Именно он отвечает за дистанционное снятие показаний, выполняя большинство функций. Он отвечает за:

• преобразование входного сигнала, поступающего от трансформатора, в цифровые данные;
• обработку поступающих сведений;
• вывод информации на ЖК-дисплей;
• прием управляющих сигналов;
• управление интерфейсами.

Программное обеспечение постоянно обновляется, что позволяет в будущем расширить функциональные возможности ранее установленного прибора.

Некоторые модели позволяют отрегулировать уровень мощности электросети. Это существенно расширяет возможности пользователя. Как только показания будут превышены, система будет автоматически отключена.

Такая возможность была реализована за счет внедрения целой цепи контакторов, которые контролируют подачу напряжения в бытовую сеть. Также такие устройства отключат электроэнергию при превышении установленного лимита либо при использовании предоплаты.

Система контроля

Разработка автоматизированных систем контроля началась с появлением микропроцессоров. Высокая стоимость подобных устройств существенно сужала их возможную область использования. Микропроцессоры из-за их высокой стоимости могли себе позволить преимущественно крупные промышленные предприятия. Беспроводные системы учета стали появляться после активного развития сотовой связи, внедрения электронных счетчиков и широкого распространения персональных компьютеров.

Читайте также: что такое СКУД и как эта система может помочь повысить безопасность объекта контроля (СКУД — расшифровка аббревиатуры).

С помощью автоматизированных систем учета:

• Собираются данные о потребляемой электроэнергии через оптимальный временной интервал;
• Анализируется полученная информация;
• Создаются подробные отчеты об объеме полученных либо предоставленных услуг;
• Делается прогноз о предстоящем уровне потребления;
• Обрабатываются данные об оплате;
• Производится расчет по электроэнергии.

Система передачи данных

Чтобы организовать автоматизированную передачу сведений, следует предусмотреть целый комплекс мероприятий. В обязательном порядке монтируется высокоточная аппаратура, предназначенная для учета количества расходуемого электричества. Полученные данные в цифровом формате загружают в сумматоры, имеющие встроенную память. После этого формируется система, обеспечивающая передачу полученных данных посредством интернета или GSM.

Для приема сведений используются персональные компьютеры, на которые установлено специальное программное обеспечение. Такие ПК устанавливаются в управляющей организации. Большинство современных электронных счетчиков поставляются со встроенным интерфейсом, позволяющим им беспрепятственно подключиться к системе учета.

Сбор сведений можно осуществлять не только электронными устройствами, но и приборами индукционного типа. В их маркировке присутствует буква «Д», а на корпусе есть разъем для подключения телеметрии. К данному выходу подсоединен импульсный датчик, отвечающий за передачу сведений в систему, отвечающую за сбор и последующую обработку и хранение показаний.

Входящий в состав моделей индукционного типа измерительный трансформатор излучает магнитные потоки. После пересечения последних алюминиевым диском вырабатываются импульсы, передающие на электронную схему и линию связи. Датчик комплектуется фото-светодиодной головкой, которая при монтаже устанавливается таким образом, чтобы быть направленной в сторону алюминиевого диска. Сигнал, поступающий от светодиода, отразившись от диска, фиксируется фотодиодом. Прерывистость сигнала определяется от затемненным сектором диска.

Для обработки данных прерывания сигнала используется электронная схема прибора. Она же преобразует их в импульсы, а затем передает посредством выбранной линии связи. У управляющей компании имеется приемное устройство, которой подсчитывает количество импульсов, сформированных за установленный временной интервал. Полученное значение отображается на жидкокристаллическом дисплее.

Ведущие производители

Качество сборки и функционал устройства во многом зависят от компании-производителя. Учитывая, что подобное оборудование выбирается и устанавливается для длительного пользования, при выборе подходящей модели учитывается его надежность и точность. При большом разнообразии доступных вариантов наибольшим спросом пользуется продукция:

• Инотекс. Компания присутствует на рынке более 15 лет. Российский производитель предлагает электронные модели высокой точности, занимая лидирующие позиции по продажам на территории РФ;
• Энергомера. Компания занялась производством приборов учета в 2010 году. Сегодня занимает значительную долю рынка, предлагая качественные электроприборы;
• Тайпит. Фирма из Санкт-Петербурга работает более 20 лет. Специализируется на изготовлении различной измерительной аппаратуры, включая умные счетчики электроэнергии.

Советы по выбору

Чтобы выбранный прибор для дистанционного учета справлялся с поставленной задачей, стоит осознанно подойти к выбору подобных устройств. Существуют ряд критерий, заслуживающих внимание. К таковым относят:

• Защиту от внешних факторов. Прибор индукционного типа хуже сохраняют работоспособность при температурных колебаниях, чем электрические модели. Если устройство будет располагаться за пределами здания, оно не только должно быть надежно защищено от атмосферных осадков, но и обязательно утеплено.;
• Количество тарифов, по которым может производиться оплата за электроэнергию. По данному критерию деление производится на однотарифные и позволяющие поддерживать оплату по нескольким планам;
• Количество фаз. Здесь все зависит от питающего напряжения. Если потребителю поступает 220 В, потребуется однофазная модель, 380 В — трехфазная. Для частных домов, как правило, выбираются однофазные модели. Если строение состоит из нескольких этажей — трехфазные. Последние предъявляют повышенные требования к порядку монтажа. Правильно смонтированное устройство должно обеспечить равномерное распределение нагрузки;
• Мощность и точность.

Современные модели, монтируемые на столбах, способны сохранять работоспособность при отрицательной температуре. Однако они не способны противостоять воздействию атмосферных осадков. Чтобы предотвратить их преждевременных выход из строя, для размещения приборов выбирается сухой герметичный корпус.

Конфигурация и размеры короба напрямую зависят от конструктивных особенностей защищаемого прибора. Если устройство будет монтироваться на сравнительно небольшой высоте, можно выбрать коробку с небольшим окном. В остальных случает потребуется дополнительное пространство для установки модема. Для металлических предусматривается заземление.

Порядок подключения

Для установки и подключения прибора дистанционного учета следует обратиться в компанию, специализирующуюся на предоставлении электроэнергии, и написать соответствующее заявление. После подписания ряда бумаг к месту монтажа будет направлен специалист, который произведет установку и последующее подключение выбранной модели.

В сопроводительной документации будет указано:

• тип прибора, количество фаз и тарифов;
• используемое устройство защиты;
• наименование коробки;
• требования к проводам: их протяженность и площадь поперечного сечения.

Самостоятельный монтаж подобных устройств практически не производится. Чтобы выполнить монтажные работы своими силами, надо не только соблюдать требования ТБ, но и подписать специальное письменное разрешение на установку.

Дистанционный съем показаний со счетчиков

При разработке домашней автоматизации («умного дома») рано или поздно возникает задача дистанционного съема показаний с бытовых приборов учета (БПУ) электроэнергии, воды, тепла, газа. Если в БПУ нет специального интерфейса для считывания показаний, то такая задача решается с помощью дополнительного устройства, которое в своей памяти будет вести копию показаний БПУ и иметь интерфейс для считывания этих показаний. Есть много вариантов реализации такого устройства на любой вкус, но практически все они требуют наличия в БПУ электронного импульсного выхода. К сожалению, далеко не все БПУ оборудованы таким выходом. В этой статье представлен обзор одного устройства, которое может работать с любым БПУ, как с импульсным выходом, так и без.

Теоретическая сторона вопроса

Как правило, БПУ кроме цифровой индикации для визуального съема показаний человеком оборудованы теми или иными средствами для возможности автоматизированного съема показаний. К таким средствам относятся:

колесо с прорезями или чередующейся окраской («мельничка»),

меняющееся магнитное поле,

электронный имульсный выход

В первых трех случаях потребуется применение соответствующих датчиков: фототранзистора, инфракрасного отражателя, датчика Холла или геркона. Имульсный выход — это, как правило, «сухой контакт» (геркон), «открытый коллектор» или NAMUR.

Единицей передаваемой от БПУ информации во всех случаях будет импульс — сигнал о том, что БПУ отсчитал определенное количество единиц измеряемой им величины. Количество этих единиц — цена импульса — указывается на самом БПУ или в его паспорте. Соответственно устройство, которое потребуется для дистанционного съема показаний, функционально будет счетчиком импульсов.

Сам импульс будет соответствовать определенному переходу: из разомкнутого состояния геркона в замкнутое (или наоборот), увеличению (или уменьшению) проводимости фототранзистора или выхода NAMUR, превышению определенного порога напряжением с датчика Холла и т.п. В некоторых случаях сигнал с датчика или выхода БПУ будет соответствовать уровням TTL и его можно подавать напрямую на логические входы микросхем, во всех остальных случаях уровень сигнала потребуется сравнивать с некоторыми пороговыми значениями для искуственного преобразования в логический. Последнее можно сделать либо схемотехнически (компаратор и подстроечный резистор), либо программно (результат АЦП сравнивать с цифровым пороговым значением).

В TTL логике напряжение на логическом входе выше Vih=2В гарантированно воспринимается входом как высокий логический уровень (логическая «1»), напряжение ниже Vil=0.8В — гарантированно как низкий (логический «0»), а в промежутке — нет гарантий, как именно будет воспринято входом.

Можно ли провести кабель от датчика к серверу или контроллеру умного дома и считать импульсы самим сервером? Можно, но у такого решения есть ряд недостатков:

большое число кабелей,

высокий уровень помех (падение напряжения на длинной линии, наводки),

потеря имульсов и рассинхронизация с БПУ при любом обрыве линии или отключении сервера.

Поэтому счетчик импульсов оптимально делать в виде отдельного простого устройства с собственным источником питания и располагать непосредственно возле БПУ. Источник питания (например батарейка) может играть роль как основного (единственного) источника питания, так и резервного на случай отключения внешнего питания и должен обеспечить возможность подсчета импульсов в полностью автономном режиме работы длительное время. Устройство должно быть максимально простым как схемотехнически (чем больше дискретных компонентов, тем выше энергопотребление), так и программно (чем больше задач выполняет устройство, тем выше вероятность сбоев или пропуска импульсов).

Счетчик импульсов

Имея изложенные выше теоретические сведения, можно реализовать счетчик импульсов на микроконтроллере, а можно воспользоваться уже готовым устройством. В статье будет представлен обзор устройства Счетчик импульсов с интерфейсом 1-wire, который отвечает всем вышеперечисленным требованиям.

С одной стороны у счетчика есть два счетных входа A и B, которые работают со всеми типами выходов БПУ и всеми применяемыми датчиками, а также выход PWR для опционального питания датчиков. С другой стороны, как следует из названия, — коммуникационный интерфейс 1-wire. Счетчик имеет разъем для батарейки CR2032 и достаточно низкое энергопотребление, чтобы продержаться на этой батарейке от нескольких месяцев до нескольких лет в случае сбоя внешнего питания.

Важной особенностью данного счетчика импульсов является встроенное преобразование аналогового сигнала на счетных входах в логический, позволяющее ему работать не только с выходами БПУ или датчиками с логическим выходом (с TTL логикой), но и с датчиками с аналоговым выходом.

Подключение к arduino

Протокол 1-wire имеет как свои преимущества, так и недостатки, одним из которых является отсутствие аппаратной поддержки в микроконтроллерах. Для подключения к arduino потребуются сразу две библиотеки: OneWire и DS2423. В первой содержится программная реализация протокола 1-wire (канальный и сетевой уровень ISO OSI), а во второй — функции работы уже со счетчиком импульсов (прикладной уровень), вместе с библиотеками в архиве есть и примеры.

У счетчика импульсов есть множество настроек, но, к сожалению, из arduino интерактивно выполнить настройку будет крайне неудобно. Поэтому настроить счетчик лучше из Linux, а затем, если требуется работа с arduino, переподключить к arduino. Счетчик не потеряет настройки при наличии хотя бы одного любого источника питания: внешнего или батарейки.

Подключение к Linux

В статье Как перестать бояться и полюбить 1-wire подробно описано подключение 1-wire устройств к Linux с помощью трех видов адаптеров: gpio, пассивного и аппаратного. Счетчик импульсов работает со всеми типами адаптеров, но он поддерживает только стандартное для 1-wire напряжение 5В. Поэтому при использовании w1-gpio в Raspberry Pi (у которой на пинах 3.3В) потребуется схема с преобразователем логических уровней:

Подключение счетчика к Linux можно использовать как непосредственно для периодического считывания счетных регистров, так и для конфигурирования. Для обоих задач лучше всего использовать пакет OWFS, в котором счетчик имеет полную поддержку. Только для считывания счетных регистров достаточно работающего демона owserver , а для конфигурирования понадобится запустить еще и owhttpd .

Убедиться, что связка owserver + адаптер + счетчик работает корректно, можно командой для получения списка всех 1-wire устройств на шине:

Адреса счетчиков будут начинаться на 1d. Получить значения счетных регистров определенного счетчика можно командой:

# owget /uncached/1d.0410a5d4e800/counter.ALL ;echo

Конфигурирование счетчика

Когда оба демона ( owserver и owhttpd ) запущены нужно открыть страницу setup.htm и ввести IP-адрес и порт, на котором принимает соединения owhttpd . После этого отобразится список всех найденных на шине 1-wire устройств, при этом адреса счетчиков импульсов будут активными ссылками. При нажатии на адрес нужного счетчика откроется страница его конфигурации:

На скриншоте представлена конфигурация, которую имеет счетчик после сброса к заводским настройкам, сброс выполняется полным обесточиванием.

Кнопка Reload служит для считывания текущей конфигурации со счетчика и обновления ее на странице. Считывание и обновление можно зациклить опцией continuous , для выхода из цикла опцию необходимо отключить.

Кнопка Update служит для записи в счетчик начальных значений счетных регистров, а кнопка Save — для записи всех настроек кроме счетных регистров. Раздельное сохранение сделано для того, чтобы запись настроек не сбивала ход счетчиков.

В строке Sens A , Sens B отображается текущий логический уровень со счетных входов ( high или low ), либо считанный непосредственно, либо после внутреннего преобразования аналогового сигнала в логический.

Строка Page0 показывает содержимое нулевой страницы памяти счетчика, в этих байтах закодирована конфигурация счетчика и значения счетных регистров. Точно такую же строку можно получить командой:

# owget —hex /uncached/1d.0410a5d4e800/pages/page.0

А отредактировав конфигурацию, можно записать ее обратно в память счетчика:

# owwrite —hex /uncached/1d.0410a5d4e800/pages/page.8 0000000000000000000000000013000000e0540002580017e60043431c013a01

Запись производится в страницу page.8 , это не ошибка. Страницы page.0 и page.8 содержат копии друг друга, при чтении никакой разницы нет, а при записи в page.0 реально записываются только первые 8 байт, отвечающих за значения счетных регистров, а при записи в page.8 — байты с 8 по 13, отвечающие за конфигурацию. Более подробно о назначении байтов можно узнать на странице. По сути это низкоуровневый способ конфигурирования счетчика. Если посмотреть исходник страницы setup.htm, то она с помощью XMLHttpRequest обращается к owhttpd и делает то же самое.

Параметры конфигурации счетчика

Параметры threshold falling и threshold rising принимают значения от 0 до 255 и служат для преобразования аналогового сигнала в логический. Если уровень сигнала после АЦП больше или равен threshold rising , счетчик преобразовывает его в high , если меньше или равен threshold falling — то в low , а если в промежутке, то оставляет предыдущее значение. Таким образом реализован гистерезис, используемый для устранения эффекта дребезга. Если установлено threshold falling >= threshold rising , то преобразование отключено и счетный вход настроен на прием логического сигнала.

Параметр increment on falling / rising / both edge(s) задает момент, когда увеличивать значение счетчика — по переходу из high в low , по переходу из low в high , или по любому изменению логического уровня.

Параметр pullup указывает, следует ли подключать внутренний резистор подтяжки между счетным входом и питанием. Правило такое: если датчик сам создает на своем выходе уровень напряжения, то pullup не нужен, а если датчик только изменяет свою проводимость, то pullup нужен. Опция pullup это не то же самое, если бы подключить внешний резистор подтяжки, разница в том, что внутренний резистор подключается только кратковременно перед опросом счетного входа.

Параметр sensors power задает поведение выхода PWR для питания датчиков, питание можно отключить ( off ), включить непрерывно ( always on ) или включить импульсно ( pulse on ), в последнем случае питание будет включаться кратковременно непосредственно перед опросом счетных входов. Есть одно «но» — ток через выход PWR очень сильно ограничен, запитать от него получится только экзотические датчики с микроамперным потреблением (например датчика Холла SM351LT/SM353LT), или использовать его для управления затвором полевого транзистора. Полезным является только четвертый режим pulse on, swap B & PWR . В этом режиме назначение выводов B и PWR меняется местами, т.е. счетными входами становятся выводы A и PWR, а питание для датчиков берется с вывода B. В этом режиме уже нет ограничений по току питания датчиков, питание включается только кратковременно непосредственно перед опросом счетных входов.

Пареметр pullup/poweron pulse duration (задержка перед замером) задает промежуток времени между моментом включения питания датчиков (если используется режим импульсного питания) и подключения резисторов подтяжки (если разрешены) и моментом опроса счетных входов. Эта задержка необходима датчику для включения, завершения переходных процессов и выхода на стабильный режим работы. Очевидно, что данный параметр непосредственно влияет на среднее энергопотребление, поэтому установить нужно минимальное приемлемое значение. Выбрать можно из вариантов: 25мкс, 50мкс, 125мкс и 425мкс.

Параметр sampling period (периодичность замеров) определяет, какой минимальной продолжительности сигнал высокого либо низкого уровня будет гарантированно замечен счетчиком. Например, продолжительность вспышки светодиода (соответствует низкому уровню сигнала с фототранзистора) составляет 100мс, но вспышки могут следовать редко, а могут и так часто, что интервал между вспышками (соответствует высокому уровню сигнала) будет 50мс. Поэтому периодичность замеров необходимо устанавливать меньше, чем минимальное из значений. Параметр также влияет на энергопотребление. На выбор доступно: 19мс, 38мс, 75мс, 150мс.

Откуда взялось 50мс? Решаем задачу: БПУ выдает 2000имп/1кВтч, сколько будет импульсов в секунду при потреблении 12кВт? Ответ: 12*2000 = 24000имп/ч, 24000/3600 = 6.67имп/сек, а период будет 1/6.67 = 0.15сек = 150мс, из них 100мс низкий уровень и 50мс — высокий.

К сожалению, два последних параметра нельзя установить раздельно для каждого из двух каналов. Например, может возникнуть ситуация, когда один датчик потребляет очень большой ток, ему подошло бы минимальное значение параметра задержка перед замером и тогда потребление было бы на приемлемом уровне, но второму датчику (совсем другого типа) требуется максимальное значение задержки, тогда придется установить именно это значение, что приведет к повышенному энергопотреблению за счет первого датчика. Хоть ситуация и редкая, т.к. датчики для рядом расположенных БПУ обычно однотипные, но в случае ее возникновения может быть лучше использовать два счетчика импульсов.

Режим измерений

Чтобы установить параметры threshold falling и threshold rising для работы с аналоговым датчиком, их значения нужно откуда-то взять. Поскольку с этими значениями сравнивается уровень сигнала после АЦП, то необходимо, чтобы была возможность мониторить этот уровень, и тогда можно будет подобрать необходимые значения для threshold. Часто уровень, который нужно было бы измерить, присутствует очень короткий промежуток времени, типичный пример — вспышка светодиода, «поймать» вспышку, чтобы во время нее измерить уровень сигнала, крайне сложно.

В счетчике импульсов эта задача решена следующим образом. Есть «режим измерений», в котором непрерывно накапливается статистика минимального и максимального значения (диапазон) уровня сигнала после АЦП. Статистику можно читать со счетчика, а также в любой момент ее можно обнулить, счетчик тут же продолжит накапливать ее снова.

На скриншоте показана страница конфигурации с включенным режимом измерений, в котором появляются дополнительные данные Min , Max и Samples .

В накоплении статистики участвуют не все значения уровня, а только те, которые получены при соблюдении определенных условий. Вот эти условия:

уровень сигнала получен с канала A (или B),

после преобразования сигнала в логический он был low (или high),

во время чтения уровня счетчик питался от 1-wire (или от батарейки).

Все три условия должны соблюдаться одновременно.

Полезным для «отлова» вспышек будет второе условие. Работает это так: сначала необходимо узнать уровень сигнала, когда нет вспышек (в режиме темноты), затем установить threshold falling и threshold rising немного ниже этого уровня (не забываем, threshold rising должен быть хотя бы на единицу больше threshold falling , чтобы преобразование включилось). Теперь все, что больше threshold, счетчик будет преобразовывать в high , это во время темноты, а все, что ниже, — в low , это во время вспышки. Если включить режим измерений с условием low , то счетчик сам будет «ловить» вспышки — в статистику минимального и максимального значений уровня попадут только те, которые были во время вспышек. Очень подробно этот алгоритм будет рассмотрен ниже в примере для фототранзистора.

Кроме этого счетчик еще и сосчитает, сколько значений прошло через фильтр и попало в статистику. Разделив это количество на количество импульсов, которые счетчик насчитал за тот же промежуток времени, можно узнать среднюю продолжительность одной вспышки.

Неприятным моментом является то, что при выходе из режима измерений в счетных регистрах появляются большие случайные значения. И при включении режима измерений статистика начинает вестиcь с каких-то случайных величин. Причина в том, что для статистики используются старшие разряды счетных регистров. Поэтому после включения режима измерений необходимо сразу обнулить статистику, а после выхода из режима — заново установить начальные значения счетчиков.

Примеры подключения датчиков

Ниже будут рассмотрены схемы подключения и соответствующая конфигурация счетчика для популярных датчиков и выходов БПУ. Чтобы не описывать всю конфигурацию, будут описаны только отличия, которые нужно внести относительно заводской настройки (для сброса счетчика к заводской настройке его необходимо полностью обесточить).

Для каждого примера будут сделаны измерения тока потребления от батарейки (с отключенным интерфейсом 1-wire) с настроенным одним датчиком и двумя одинаковыми датчиками. Параметр задержка перед замером будет использован минимальный, при котором датчик уверенно работает. Т.к. параметр периодичность замеров зависит не от типа датчика, а от БПУ, то измерения будут сделаны для самого минимального и самого максимального значения этого параметра.

Измерения будут проводиться обычным мультиметром. Хоть это и не правильный способ измерения микротоков и, тем более, импульсных, но в данном случае не важна точноcть, а нужен только порядок величины.

Правильно было бы питать счетчик от заряженного ионистора, затем измерять, на сколько упало напряжение на ионисторе, отсюда вычислять, какой заряд прошел через счетчик, а заряд деленный на время даст ток.

На фото показан способ подключения и пример потребления счетчика импульсов с заводскими настройками без подключенных датчиков. Напряжение на батарейке, которая участвует в тестировании, равно 3.2В (не первой свежести).

Как рассчитать время работы от батарейки? Решаем задачу: емкость CR2032 около 210мАч, ток потребления устройства 3мкА, отсюда теоретическое время работы устройства: 210/0.003 = 70000ч, 70000/24/365.25 = 8лет. При увеличении потребления время уменьшится пропорционально, например, при 6мкА составит 4года.

Если счетчик подключить к интерфейсу 1-wire, то ток потребления от батарейки стает нулевым, т.е. счетчик при наличии внешнего питания, хоть VCC, хоть «паразитного», вообще не расходует заряд батарейки.

Естественно, приведенные далее примеры не означают, что можно подключать только два однотипных датчика, датчики могут быть и разного типа.

Пример 1: геркон

К этому типу также относятся выходы БПУ сухой контакт, открытый коллектор, оптрон, кнопка и все, что меняет свое сопротивление от почти бесконечного до почти нуля. После сброса счетчика к заводским настройкам, оба счетных входа настроены на работу именно с этим типом выхода/датчика. Для данного выхода/датчика подходит заводская настройка параметра задержка перед замером, равная 25мкс.

Измеренный ток потребления составляет от 3мкА при периодичности замеров 150мс (заводская установка) до 6мкА при 19мс, и не зависит от количества подключенных датчиков этого типа.

Пример 2: NAMUR

Если посмотреть эквивалентную схему выхода NAMUR, то видно, что сопротивление этого двухполюсника может иметь два конечных ненулевых значения (например 1кОм и 11кОм), а нулевое и бесконечное служат для выявления КЗ или обрыва линии. Для работы с этим выходом счетный вход необходимо перевести в аналоговый режим. Подходящими значениями конфигурации для этого будут: threshold falling = 20, threshold rising = 30, это единственное изменение относительно заводских настроек, которое необходимо внести для счетного входа, к которому подключен NAMUR.

Откуда взялись значения 20 и 30? Согласно описанию выхода NAMUR при подаче на него напряжения 8.2В потечет ток, если ток выше 2.1мА, то это одно состояние, если ниже, то другое. Таким образом пороговое сопротивление 8.2/2.1 = 3.9кОм. Сопротивление внутреннего резистора подтяжки счетчика импульсов около 35кОм, на образованном делителе напряжения АЦП выдаст результат 3.9/(35+3.9)*256 = 25.7, осталось прибавить небольшой гистерезис.

В счетчике импульсов не предусмотрено распознавание КЗ или обрыва линии, о которых может сообщать NAMUR, но для короткой линии это не актуально.

Измеренный ток потребления составляет от 4мкА при периодичности замеров 150мс до 9мкА при 19мс, и не зависит от количества подключенных датчиков этого типа.

Пример 3: фототранзистор

К этому типу в некоторых случаях необходимо также отнести выходы БПУ открытый коллектор и оптрон. Разница с первым примером в том, что сопротивление может меняется не от почти бесконечности и не до почти нуля, поэтому не получится использовать логический режим счетного входа. Параметры threshold для аналогового режима нужно подбирать для каждого конкретного случая. Причем их нужно подобрать так, чтобы threshold одинаково четко разделяли сигнал при работе счетчика и от внешнего питания, и от батарейки, это связано с нелинейность ВАХ данного выхода/датчика.

Для понимания принципа подбора параметров threshold будет рассмотрен случай вспыхивающего светодиода, когда есть длительные промежутки без вспышек и короткие вспышки:

выставить threshold falling = 0, threshold rising = 1 и режим измерений X high @ Ext pwr , где X это исследуемый канал A или В;

нажать Reset и определить диапазон значений, соответствующих «темноте», когда светодиод на БПУ не мигал ни разу (для этого после Reset подождать и нажать Reload ). Например, диапазон оказался таким: 80..120. Выполнить п.2 несколько раз для исключения ошибок;

выставить threshold falling = 75, threshold rising = 76, т.е. чуть меньше минимального значения из п.2, и режим измерений X low @ Ext pwr ;

нажать Reset и определить диапазон значений, соответствующих горящему светодиоду, для этого дождаться нескольких вспышек (и нажать Reload ). Например, диапазон оказался таким: 7..15. Также выполнить п.4 несколько раз;

выставить threshold falling = 0, threshold rising = 1 и режим измерений X high @ Bat pwr ;

нажать Reset , отключить счетчик от 1-wire, подождать и снова подключить к 1-wire, если светодиод в этот промежуток мигнул хоть раз, повторить п.6 с начала. Таким образом будет определен диапазон значений, соответствующих «темноте», но в отличие от п.2 это значение получено при питании счетчика от батарейки. Например, диапазон оказался таким: 65..109. Выполнить п.6 несколько раз для исключения ошибок;

выставить threshold falling = 60, threshold rising = 61, т.е. чуть меньше минимального значения из п.6 и режим измерений X low @ Bat pwr ;

нажать Reset , отключить счетчик от 1-wire, подождать несколько вспышек и снова подключить к 1-wire. Таким образом будет определен диапазон значений, соответствующих горящему светодиоду, но в отличие от п.4 это значение получено при питании счетчика от батарейки. Например, диапазон оказался таким: 8..21. Также выполнить п.8 несколько раз;

Объединить диапазоны п.2 и п.6, будет 65..120 и диапазоны п.4 и п.8, будет 7..21. Искомые рабочие значения threshold будут в промежутке, можно установить, например, threshold falling = 30, threshold rising = 40, после этого отключить режим измерений и установить начальные значения счетчиков.

Значение параметра задержка перед замером осталось минимальным 25мкс, но если у выхода/датчика окажется очень большая емкость, то в режиме темноты могут не успевать закончится переходные процессы и разрыв между диапазонами будет очень мал, чтобы уверенно разделять сигнал на два состояния, в этом случае может потребоваться увеличить задержку перед замером и повторить весь алгоритм.

При работе с фототранзистором очень важно защитить его от проникновения постороннего света, например, солнечных лучей, фонарика и т.п.

Ток потребления с датчиком фототранзистор ровно такой же, как для NAMUR — от 4мкА при 150мс до 9мкА при 19мс.

Пример 4: инфракрасный отражатель TCRT5000

Конструктивно инфракрасный отражатель (его еще называют фотопрерывателем) состоит из инфракрасного светодиода и фототранзистора, поэтому отличие настройки от примера с фототранзистором будет состоять только в настройке питания для светодиода. Естественно, для питания подойдет только режим pulse on, swap B & PWR , в этом режиме к B подключаются светодиод(ы), а к A и PWR — фототранзисторы. TCRT5000 отлично работает при минимальном параметре задержка перед замером 25мкс. При тестировании датчик размещался в закрытой картонной коробке и уверенно определял наличие или отсутствие перед ним белого фона на расстоянии около 3см, это даже больше, чем нужно.

Принцип работы отражателя состоит в изменении проводимости фототранзистора от воздействия отраженного или рассеянного света предметом, помещенным перед ним. Отражатель реагирует как на появление предмета, например, стрелки, так и на изменение цвета фона перед ним и может работать через стекло.

Для понимания принципа подбора параметров threshold будет рассмотрен случай, когда фон перед датчиком меняется не скачкообразно, а плавно и есть возможность установить перед датчиком нужный варианта фона, например, открыв кран с водой, подождав поворота колеса с фоном в БПУ на нужный угол и закрыв кран:

выставить threshold falling = 0, threshold rising = 1 и режим измерений X high @ Ext pwr , где X это исследуемый канал A или В;

выбрать режим continuous и нажать Reload , заставить фон перед датчиком медленно меняться, нажать Reset , дождаться когда максимальное значение перестанет расти и сразу остановить изменение фона, отключить continuous ;

нажать Reset и определить (подождав и нажав Reload ) диапазон значений, соответствующих максимально темному фону (на самом деле это будет не точный максимум, но для нахождения threshold это не принципиально). Например, диапазон оказался таким: 62..76. Выполнить п.3 несколько раз для исключения ошибок;

установить режим измерений X high @ Bat pwr, нажать Reset , отключить счетчик от 1-wire, подождать и снова подключить к 1-wire. Таким образом будет определен диапазон значений, соответствующих темному фону, но в отличие от п.3 это значение получено при питании счетчика от батарейки. Например, диапазон оказался таким: 68..91. Выполнить п.4 несколько раз для исключения ошибок;

выбрать режим continuous и нажать Reload , заставить фон перед датчиком медленно меняться, нажать Reset , дождаться когда минимальное значение перестанет уменьшаться и сразу остановить изменение фона, отключить continuous ;

нажать Reset и определить диапазон значений, соответствующих максимально светлому фону. Например, диапазон оказался таким: 8..11. Выполнить п.6 несколько раз для исключения ошибок;

установить режим измерений X high @ Bat pwr , нажать Reset , отключить счетчик от 1-wire, подождать и снова подключить к 1-wire. Таким образом будет определен диапазон значений, соответствующих светлому фону, но в отличие от п.6 это значение получено при питании счетчика от батарейки. Например, диапазон оказался таким: 15..25. Выполнить п.7 несколько раз для исключения ошибок;

Объединить диапазоны п.3 и п.4, будет 62..91 и диапазоны п.6 и п.7, будет 8..25. Искомые рабочие значения threshold будут в промежутке, можно установить, например, threshold falling = 30, threshold rising = 40, после этого отключить режим измерений и установить начальные значения счетчиков.

Ток потребления с одним датчиком TCRT5000 от 6..19мкА при 150мс до 89..92мкА при 19мс (показания мультиметра скачут, поэтому указано минимальное и максимальное из показаний), при двух датчиках — от 7..20мкА до 91..94мкА соответственно.

То, что при одном и при двух датчиках потребление примерно одинаковое, говорит о том, что ток светодиодов ограничивается максимальным током выхода питания счетчика, этот максимальный ток идет либо через один светодиод, либо распределяется поровну через два. Светодиоды не сгорают потому, что ток импульсный, по даташиту данный светодиод может выдержать ток до 3А при импульсах 10мкс. Ток правильно было бы ограничить, например, до около 10мА, это снизит энергопотребление и немного ухудшит чувствительность датчика. При напряжении питания около 3В и падении напряжения на светодиоде 1.25В, сопротивление токоограничивающего резистора должно быть порядка (3-1.25)/0.01 = 185 Ом.

Были протестированы резисторы 150 Ом и 270 Ом, с первым ток потребления составил от 5..11мкА / 6..15мкА (один и два датчика) при 150мс до 45..46мкА / 66..67мкА (один и два датчика) при 19мс, со вторым соответственно: от 4..7мкА / 5..10мкА до 26..27мкА / 40..41мкА. В обоих случаях можно было подобрать значения threshold для уверенного распознавания белого фона на расстоянии 1см, даже несмотря на то, что при сопротивлении 270 Ом диапазоны сигнала при работе от внешнего питания и от батарейки уже сильно отдалились друг от друга. Последнее говорит о том, что свет от светодиода уже очень сильно терял яркость при батарейном питании.

Таким образом можно рекомендовать подключение токоограничивающего резистора 150..200 Ом в цепи каждого светодиода, это без ущерба работоспособности снизит ток потребления.

Кроме TCRT5000 существуют и другие отражатели, например: KTIR0811S, QRD1114, которые устроены аналогично, имеют схожие электрические характеристики и отличаются только корпусом. Поэтому их также можно применять со счетчиком импульсов.

Пример 5: датчик Холла SS49E

По даташиту датчик работает от напряжения 2.7..6.5В, потребляет около 6мА, имеет время реакции 3мкс и на выходе сам создает напряжение, пропорциональное магнитному полю. Поэтому для питания датчика потребуется включить режим pulse on, swap B & PWR , оставить задержку перед замером на минимальном уровне 25мкс и отключить резистор подтяжки на счетном входе, т.к. в данном случае он не нужен.

Т.к. выход аналоговый, то потребуется подобрать и установить значения threshold. В случае, когда на датчик воздействует движущийся постоянный магнит, например, прикрепленный к колесу внутри БПУ, уровень сигнала с датчика будет меняться не скачкообразно, а плавно. Если есть возможность заставить колесо медленно вращаться и есть возможность остановить его в нужный момент, например, включая и выключая подачу газа, то для нахождения threshold нужно воспользоваться алгоритмом из примера для инфракрасного отражателя, принцип будет один и тот же.

При тестировании были получены следующие значения уровня сигнала с датчика: в отсутствие магнитного поля при питании от 1-wire — 119..120, при питании от батарейки — 113..131, при расположении одного полюса неодимового магнита на расстоянии 1см от датчика — 63..65 / 88..97 (при питании от 1-wire / от батарейки), при расположении другого полюса на расстоянии 1 см — 182..183 / 142..147.

Таким образом, threshold нужно подбирать между 97 и 113 или между 131 и 142 в том случае, если к датчику периодически приближается только один из полюсов, например, можно установить threshold falling = 102, threshold rising = 108 или threshold falling = 135, threshold rising = 138. Если же магнит поочередно поворачивается к датчику то одним, то другим полюсом, то можно установить threshold falling = 115, threshold rising = 130. Для последнего случая сигнал будет уверенно разделяться на два состояния, но для однополюсного варианта диапазон уже будет очень узким. Если для реального БПУ возникла такая ситуация, то лучше рассмотреть другой датчик Холла, расчитанный на меньшие магнитные поля.

Кроме аналоговых существуют и цифровые датчики Холла, отличие в том, что пороговые уровни и гистерезис зашиты в датчик производителем, датчик на выходе выдает уже преобразованный логический сигнал, а порог срабатывания можно изменить только подбором расстояния установки. Пример такого цифрового датчика Холла — TLE4906, он работает от напряжения 2.7..24В, потребляет 4мА, имеет время включения 15мкс и тип выхода открытый коллектор — с таким датчиком счетчик также будет прекрасно работать. Порог срабатывания TLE4906 составляет 8.5..10мТл = 85..100 Гс, для сравнения: при тестировании SS49E магнитное поле составляло около 700 Гс, а подбираемый threshold соответствовал примерно половине. Т.е. TLE4906 лучше подойдет для более слабых магнитных полей.

Ток потребления с одним датчиком SS49E от 5..7мкА при периодичности опроса 150мс до 22мкА при 19мс, при двух датчиках — от 5..9мкА до 37..38мкА соответственно. Грубо говоря, за счет импульсного режима питания счетчик снижает энергопотребление одного датчика с 6мА до 4..20мкА, это в 300 и более раз.

Выводы

Счетчик импульсов смело можно охарактеризовать как «швейцарский нож» для задачи дистанционного съема показаний с бытовых приборов учета — он может снимать показания практически с любого БПУ. Счетчик работает и со всеми типами импульсных выходов БПУ, и с широким набором датчиков, позволяет питать датчики и при этом значительно снижать их среднее энергопотребление. Время автономной работы при использовании рассмотренных датчиков может составлять 1-5 лет. А при том, что заряд батарейки расходуется только при обрыве линии или выключении 1-wire адаптера, об этом можно вообще не беспокоиться, просто планово менять батарейку, например, раз в 5 лет. Кстати, батарейку можно поменять без потери настроек, если есть питание от 1-wire. Дистанционный мониторинг напряжения батарейки также предусмотрен.

К недостаткам можно отнести интерфейс 1-wire, аппаратной поддержки которого нет в микроконтроллерах, и уже тот факт, что это проводной интерфейс (актуально для любителей беспроводных решений). Также минусом для владельцев Raspberry Pi будет невсеядность счетчика по отношению к напряжению шины 1-wire — 3.3В ему не подойдет, поэтому потребуется преобразователь.

Еще к недостаткам можно отнести сложный алгоритм настройки аналоговых датчиков, но от этого никуда не деться — в альтернативном случае, при применении компараторов, пришлось бы выполнять настройку подстроечным резистором.

Применение счетчика не ограничивается только дистанционным съемом показаний с БПУ, его можно применить везде, где есть что посчитать, например, в метеостанции измерять скорость ветра или количество осадков, в СКУД количество проходов через турникет и т.п.

Источник https://ibuildrussia.ru/elektroschetchik-peredayushhij-pokazaniya-xarakteristika-uchetnogo-oborudovaniya

Источник https://vashumnyidom.ru/obshhaya-avtomatika/schetchik-elektroenergii-s-distancionnym-snyatiem-pokazanij.html

Источник https://habr.com/ru/post/568314/