Всем нам знакомый счетчик расхода электрической энергии является специальным прибором, предназначенным для учета потребляемой нагрузкой электрической энергии. С технической стороны он представляет комбинацию измерителя потребляемой электрической энергии с отображающим показания счетным механизмом. Есть электрические счетчики для измерения энергии постоянного или переменного тока. Кроме того, такие приборы бывают однофазными и трехфазными. А по принципу действия электрические счетчики могут быть индукционными или электронными.
Прародитель этих устройств – итальянский изобретатель Галилео Феррарис. Полтора столетия назад этот сеньор занимал пост профессора Итальянского промышленного музея (Политехнического) в Турине. Галилео разработал и продемонстрировал принцип вращающегося магнитного поля и создал первый трехфазный электродвигатель переменного тока. Вращающееся магнитное поле, создаваемое двумя стационарными катушками с перпендикулярными осями, возбуждалось переменными токами, сдвинутыми по фазе на 90 градусов. Это открытие послужило отправной идеей для создания индукционного двигателя и открыло возможность разработки индукционного счетчика.
А первый счетчик был создан в конце XIX века в Будапеште, когда Отто Титуц Блати запатентовал свою идею. Конечно, современный прибор значительно отличается от своей первой версии, сегодня счетчики стали «умными» и их основные элементы - это:
- Дисплей. В приборах нового поколения он жидкокристаллический.
- Часы и календарь, которые необходимы для синхронизации работы устройства и сервера. А еще они нужны для определенных тарифов, к примеру, они служат для автоматической передачи данных по определенным числам.
- Автономный источник питания для поддержания работы ответственных узлов при отключении сетевого напряжения.
- Датчик тока, с помощью которого счетчик и контролирует расход электроэнергии.
- Интерфейс передачи данных. Обычно это электрическая сеть, по которой подается электроэнергия, но есть приборы, использующие другие каналы связи - 3G, GSM, RF, ZigBee и др.
- Интерфейс приема данных, который получает команды с сервера на смену режимов работы, остановку и т. д. Канаты связи те же, что и у интерфейса передачи.
- Оптический порт для передачи данных и получении команд по оптическому каналу - от оператора, находящегося в непосредственной близости.
- Микроконтроллер, который осуществляет управление всеми вышеперечисленными узлами.
Микроконтроллер является основным компонентом подобных устройств. Обладая возможностью выполнения АЦП, этот маленький прибор преобразует сигнал с трансформатора тока в цифровой формат, обрабатывает его и выводит результат на дисплей. Помимо этого, микроконтроллер управляет работой интерфейсов и принимает команды от элементов управления. Все возможности микроконтроллера зависят от заложенного в нем ПО и ТЗ.
Закон гласит, что все электросчетчики в России, применяемые для коммерческого учета электроэнергии, должны иметь минимальный набор функций интеллектуальных систем учета. Но в отличие от рынков вычислительной техники или телекоммуникационного оборудования, где требуются сложные процессоры, изготовить которые на данный момент можно только на передовых зарубежных фабриках, в области электросчетчиков применяются технологии, давно освоенными отечественными дизайн-центрами. Компонентная база такого уровня в России уже разработана и выпускается, несколько предприятий в нашей стране готовы предложить свои решения.
Прошедшей осенью НИИ электронной техники из Воронежа представил свою новинку - ультранизкопотребляющий микроконтроллер К1921ВГ015, который разрабатывается в рамках проекта «Разработка и освоение в серийном производстве серии 32-разрядных микроконтроллеров» с использованием программы субсидирования в соответствии с постановлением Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. МК К1921ВГ015 представляет собой построенный на базе ядра архитектуры RISC-V 32-разрядный микроконтроллер с внутренней энергонезависимой памятью, многоканальным АЦП, криптографическим сопроцессором, последовательными интерфейсами, системой защиты от несанкционированного доступа и низким током потребления в активном режиме, а также максимальной частотой работы до 60 МГц.
Основной сферой применения этой разработки можно назвать средства измерений, бытовые счетчики газа и электроэнергии, оборудование для автоматизации производства, а также медицины. Кроме того, микросхема может быть использована для промышленных и потребительских приложений, включая системы дистанционного мониторинга, контрольно-измерительные приборы, системы автоматизации производственных процессов, автомобильной электроники и даже устройства с батарейным питанием.
Микроконтроллер содержит домен батарейного питания, в который входят периферийные блоки, которые позволяют осуществлять контроль вскрытия корпуса системы, отсчитывать временные промежутки и сохранять информацию при отсутствии основного питания: RTC, аналоговые компараторы, блок контроля вскрытия, дополнительное ОЗУ 64 КБ, независимый сторожевой таймер. Встроенная Flash-память программ объемом 1 МБайт может быть использована для хранения и загрузки пользовательского программного обеспечения.
Система тактирования изделия позволяет использовать различные источники тактового сигнала, что позволяет расширить набор применений и решаемых задач. Существует возможность гибкой настройки тактовых сигналов для блоков периферии. Для снижения энергопотребления предусмотрена возможность отключения тактовых сигналов отдельных блоков периферии в случае, если они не используются пользователем. Эта разработка уже закладывается в проекты счетчиков газа и электроэнергии.
