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Módulo de medición de energía eléctrica

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Descripción general

La esencia del trabajo del módulo de medición de energía eléctrica es el proceso de circuito cerrado de "adquisición de señales → procesamiento de señales → cálculo de parámetros → salida de datos", a través de la coordinación de cada unidad funcional, la "señal de corriente fuerte" de alta tensión y alta corriente en la red eléctrica se convierte en "datos de corriente débil" legibles y analizados (como energía eléctrica, potencia, etc.).

Detalles del producto

Módulo de medición de energía eléctricaLa esencia del trabajo es el proceso de circuito cerrado de "adquisición de señales → procesamiento de señales → cálculo de parámetros → salida de datos", a través de la coordinación de cada unidad funcional, la "señal eléctrica fuerte" de alta tensión y gran corriente en la red eléctrica se convierte en "datos de corriente débil" legibles y analizados (como energía eléctrica, potencia, etc.). Su proceso de trabajo completo se puede dividir en cinco pasos centrales, cada uno de los cuales está interconectado, y finalmente se logra una medición precisa, de la siguiente manera:

Paso 1: adquisición de señales eléctricas fuertes y reducción de presión / flujo (preprocesamiento de señales)

El voltaje (como 220V / 380v) y la corriente (como 10a / 50a) en la red eléctrica pertenecen a señales eléctricas fuertes y no pueden ser procesadas directamente por el chip de medición (dispositivo de corriente débil, resistencia a la presión / resistencia a la corriente extremadamente baja), que primero debe convertirse en señales eléctricas débiles de baja amplitud y baja potencia a través de la "unidad de adquisición de señales" para evitar daños al chip y satisfacer las necesidades de procesamiento posterior.

El núcleo de este paso es "aislamiento y escala", que se implementa específicamente a través de dos tipos de componentes básicos:

Procesamiento de señales de voltaje:

Utilizando un transformador de tensión (vt) o una red de resistencia a la División de alta precisión, la alta tensión de la red eléctrica (como 220v) se "reduce" en una proporción fija como una señal de baja tensión adaptada al chip de medición (generalmente 0 a 2,5v o 0 a 5v de corriente alterna débil). Por ejemplo: después de que el voltaje de 220V pasa por la tensión dividida, se emite una señal de baja tensión de 1,2v, y la proporción de tensión dividida está determinada por el valor de resistencia o la relación de conversión del transformador (por ejemplo, 220v: 1,2v ¿ 183: 1).

Procesamiento de señales de corriente:

Utilizando un transformador de corriente (ct) o un convertidor (resistencia de alta precisión), la gran corriente de la red eléctrica (como 10a) se "reduce" proporcionalmente o se convierte en una señal de baja tensión (generalmente una corriente de 0 a 50 mA o un voltaje de 0 a 100 mv). Por ejemplo: después de la conversión de la corriente 10a por tc, se produce una pequeña corriente de 50ma, con una relación de conversión de 10a: 50ma = 200: 1; O una señal de voltaje convertida a 50 MV a través de un convertidor (de acuerdo con la Ley de Ohm u = ir, la resistencia del convertidor suele ser de 5 mwh, 10a × 5 MWH = 50 mv).

Papel clave: lograr el aislamiento físico de la electricidad fuerte y la electricidad débil (garantizar la seguridad del chip), mientras "escala" la señal dentro del rango de entrada del chip de medición.

Paso 2: señal analógica a señal digital (conversión ad)

Las señales de voltaje y corriente procesadas en el primer paso siguen siendo señales analógicas (la amplitud cambia continuamente con el tiempo, como ondas sinusoidales), mientras que el algoritmo central del chip de medición debe calcularse sobre la base de señales digitales (datos binarios discretos), por lo que la conversión de señales debe completarse a través del convertidor ad (convertidor analógico - digital) incorporado Al chip de medición.

El núcleo de este paso es el "muestreo de alta precisión", el proceso específico:

Muestreo: el convertidor ad realiza un "muestreo discreto" de la señal analógica a una frecuencia fija (generalmente de decenas a cientos de khz, como 32 kHz y 64 khz), es decir, lee la amplitud instantánea de la señal analógica a intervalos fijos (como 31,25 μs, correspondiente a una tasa de muestreo de 32 khz);

Cuantificación: conversión de la amplitud instantánea (valor continuo) obtenida por el muestreo en un número binario (valor discreto) reconocible por el chip, por ejemplo: la señal analógica de 0 a 2,5v corresponde a 0 a 255 de 8 bits binarios, y la señal analógica de 1,25v es 128 (1000000 binarios) después de la cuantificación;

Optimización antiinterferencia: el módulo agregará un "filtro de paso bajo" antes de la conversión ad para filtrar las señales de interferencia de alta frecuencia en la red eléctrica (como los armónicos generados por inversores y led) y garantizar la estabilidad de las señales de muestreo.

Indicadores clave: los "dígitos" y la "tasa de muestreo" de la conversión ad afectan directamente la precisión de la medición: cuanto mayor sea el número de dígitos, menor será el error de cuantificación; Cuanto mayor sea la tasa de muestreo, más se pueden restaurar los detalles de la forma de onda de la señal analógica (especialmente para cargas complejas no sinusoidales, como máquinas de soldadura eléctrica y pilas de carga).

Paso 3: verificación y almacenamiento de datos (asegúrese de que los datos sean confiables)

Los parámetros eléctricos calculados (como la potencia) y la energía eléctrica acumulada (como 123,45 kwh) deben ser "verificados" y "almacenados" para evitar errores o pérdidas de datos, especialmente para hacer frente a escenarios de "corte de energía" (como cortes de energía en la red eléctrica). Este paso se completa con la unidad de procesamiento y almacenamiento de datos del módulo, que incluye:

Verificación de datos:

Verificación lógica: juzgar si el resultado del cálculo está en un rango razonable (por ejemplo, si el voltaje está en el rango de voltaje amplio civil de 85 a 265v, si la corriente excede el rango del módulo), si está fuera del rango, se marca como "datos anormales" y se activa el error (algunos módulos admiten alarmas de nivel pin);

Verificación de redundancia: algunos módulos utilizarán "verificación de cc" (verificación de redundancia cíclica) para agregar códigos de verificación a los datos calculados para asegurarse de que los datos no hayan sido manipulados en la transmisión o almacenamiento posteriores.

Almacenamiento de datos:

Caché de parámetros en tiempo real del módulo de medición de energía eléctrica: parámetros que cambian en tiempo real, como voltaje, corriente y potencia, se almacenan temporalmente en la "memoria aleatoria (ram)" del chip para facilitar la lectura rápida;

Solidificación de la energía eléctrica acumulada: la energía eléctrica acumulada es el dato de medición central (cálculo de la tarifa eléctrica directamente relacionado) que debe almacenarse en la memoria no volátil (eeprom / flash) - incluso si el módulo está apagado, los datos en EEPROM / flash no se pierden (generalmente se pueden guardar durante más de 10 años). Para evitar que las escritura frecuentes provoquen una disminución de la vida útil de la memoria, el módulo adoptará una estrategia de "escritura programada" (como actualizar la energía eléctrica acumulada en el EEPROM cada 1 minuto) en lugar de escribir en tiempo real.

Paso 4: salida de datos (interacción con sistemas externos)

Los datos de medición finales (como 220v, 5a de corriente, 123,45 kWh de energía eléctrica) deben transmitirse a dispositivos externos (como microcomputadoras de un solo chip, plcs, pasarelas de Internet de las cosas, pantallas de visualización) para que los usuarios los vean, cuenten o monitoreen remoto, y este paso es realizado por la unidad de salida de datos. Los métodos de salida comunes se dividen en dos categorías: "salida por cable" y "salida inalámbrica", que son las siguientes:

1. salida por cable (modo principal)

Salida de pulso:

El método de salida tradicional, a través del "aislamiento de acoplamiento óptico" para exportar la señal de pulso - un pulso corresponde a un valor fijo de energía eléctrica (como 1 pulso = 1wh o 1 pulso = 0,1kwh, establecido por los parámetros del módulo). Los dispositivos externos (como contadores y microcomputadores de un solo chip) solo necesitan contar el número de pulsos para calcular la energía eléctrica total (como 1000 pulsos corresponden a 1kwh), que es adecuada para medidores tradicionales y escenarios estadísticos simples de consumo de energía.

Salida de la interfaz digital:

Adecuado para escenarios que requieren lectura de múltiples parámetros, transmisión de datos completos (voltaje, corriente, potencia, energía eléctrica, etc.) a través de interfaces digitales estandarizadas:

I2c / spi: interfaz síncrona de alta velocidad, adecuada para la comunicación cercana entre el módulo y su mcu (por ejemplo, el módulo está integrado en el interior de un enchufe inteligente), con alta eficiencia de transmisión y cableado simple.

2. salida inalámbrica (escena inteligente)

Algunos "módulos de medición inteligentes" integrarán módulos de comunicación inalámbrica para transmitir datos directamente a plataformas remotas (como la nube y la aplicación móvil), sin conexión por cable, adecuados para escenarios de lectura de medidores y monitoreo remoto en Internet de las cosas:

Red de área extendida de bajo consumo de energía (lpwan): como lora, Nb - iot, cobertura lejana (lora puede alcanzar varios kilómetros), bajo consumo de energía (una batería puede funcionar durante varios años), adecuada para equipos al aire libre (como inversores fotovoltaicos, monitoreo del consumo de energía de farolas);

Inalámbricos de corta distancia: como wifi, bluetooth, adecuados para escenarios interiores (como enchufes para hogares inteligentes, enrutadores para hogares conectados a través de wifi, aplicaciones móviles para ver el consumo de energía en tiempo real).

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