Stelt u zich eens voor hoe fijn het zou zijn als u het energieverbruik van uw huis of een commercieel appartement waar ook ter wereld kunt zien. Klinkt het niet cool? Dat introduceert het concept van Smart Metering. Dus wat is slimme meter? - Een slimme meter is een elektronisch apparaat met een trend vanaf 15 jaar dat het elektriciteitsverbruik registreert en informatie geeft aan de elektriciteitsleverancier voor facturering zoals andere normale elektriciteitsmeters.
Paraskevakos kreeg in 1974 een Amerikaans octrooi voor deze specifieke technologie. Hij lanceerde Metretek, dat in 1977 het eerste volledig geautomatiseerde, commercieel verkrijgbare systeem voor meteruitlezing en belasting op afstand ontwikkelde en produceerde zonder internetverbinding. Welke landen hebben slimme meters? - De uitrol is voltooid in Italië, Finland, Zweden. In sommige Europese landen zijn roll-outs gepland of aan de gang. Rond 2020 hebben 17 Europese landen slimme meters uitgerold.
Wat hebben slimme energiemeters nodig?
- Snelle, robuuste draadloze en bedrade communicatie.
- Real-time of near-time registratie van elektriciteitsverbruik en eventueel lokaal opgewekte elektriciteit bijvoorbeeld in het geval van fotovoltaïsche cellen.
- Nauwkeurige stroom- en spanningsmeting van stroomtransformatoren, shunts of andere sensoren.
- Beveiliging tegen magnetische en mechanische manipulatie
Omschrijving
Aangezien het gegeven ontwerp werkt, werkt de hardware rechtstreeks via wisselstroom; het is beter als professionals die de juiste technische training hebben gehad, de hardware bedienen als u deze wilt implementeren. Dit ontwerp gebruikt de Texas Instruments CC3200MOD en MSP430i2040 als het ontwikkelingsplatform voor respectievelijk communicatie en elektrische meting. Uitgaande van de TI Design TIDM-3OUTSMTSTRP als de meetgegevensbron, is een communicatiebord toegevoegd dat is ontworpen met behulp van de CC3200MOD voor Wi-Fi-communicatie. De meetgegevens kunnen vervolgens worden uitgelezen en het relais kan worden aangestuurd via een browser.
Schakelschema
MSP430i2040 - 16-bits microcontroller met gemengd signaal
De MSP430i2040 wordt in dit ontwerp gebruikt als de metrologische processor. De vier 24-bits sigma-delta analoog-naar-digitaalomzetters (ADC's) maken nauwkeurige energiemetingen mogelijk, waarbij de spanning, stroom, vermogen (actief, reactief, schijnbaar), arbeidsfactor en frequentie van drie wisselstroomuitgangen wordt afgelezen. De MSP430i2040 heeft slechts een paar passieve externe componenten nodig om rechtstreeks te communiceren met de spanningsdeler en stroomshunt voor spannings- en stroommetingen.
CC3200 - Simple Link Wi-Fi CC3200 Internet-op-een-chip draadloze MCU-module
De CC3200MOD wordt in dit ontwerp gebruikt als de Wi-Fi-controller die een ARM® Cortex ™ -M4 MCU integreert, waardoor klanten een volledige applicatie kunnen ontwikkelen met een enkel apparaat. Met Wi-Fi, internet en robuuste beveiligingsprotocollen op de chip is geen eerdere Wi-Fi-ervaring vereist voor snellere ontwikkeling.
UCC28910, UCC28911 Hoogspannings-flyback-switcher
Constante spanning (CV) en constante stroom (CC) uitgangsregeling zonder optische koppeling, heeft thermische uitschakeling, lage lijn- en uitgangsoverspanningsbeveiliging.
ULN2003LV 7-kanaals relais en inductieve load-sink-driver
Het heeft 7-kanaals high-current sink-drivers en ondersteunt een pullup-uitgangsspanning tot 8 V.
Ontwerp van slimme meter
1. Meting
Dit ontwerp gebruikt de MSP430i2040 als de metrologische processor. De TI Design TIDM-3OUTSMTSTRP wordt gebruikt als platform van het meetgedeelte. De hardware en firmware zijn enigszins gewijzigd om relaisbesturing toe te voegen aan nuldoorgang.
2. Toegang tot meetgegevens
Dit ontwerp maakt gebruik van de HTTP-webserver op de CC3200-overdrachtsgegevens van de MSP430i2040-meethardware. Door deze overdracht zijn meetgegevens toegankelijk via een webbrowser op elk platform. De HTTP-server luistert naar de HTTP-socket (standaard 80) en verwerkt vervolgens het verzoek (HTTP GET of HTTP POST) door de webpaginabestanden op te halen uit de seriële flash. De server roept vervolgens een HTTP-gebeurtenishandler aan om met de variabele inhoud te werken. Het stelt vervolgens een HTTP-antwoord samen en stuurt het terug naar de client via de Wi-Fi-link.
3. omgaan met dynamische gegevensitems
Om de meetgegevens te kunnen lezen met een HTML-bestand met dynamische inhoud, ondersteunt de HTTP-webserver een set vooraf gedefinieerde tokens, die on-the-fly door de server worden vervangen, met dynamisch gegenereerde inhoud. Sommige tokens zijn vooraf gedefinieerd in de HTTP-server met aanvullende tokens die kunnen worden gedefinieerd in de gebruikerstoepassing.
De HTTP-server scant de HTML-pagina op het voorvoegsel "__SL_G_". Als de server een voorvoegsel vindt, controleert hij het volledige token. Zodra het overeenkomt met een bekend token, vervangt het het token in de HTML door de juiste gegevens (tekenreeks) die overeenkomt met dat token. Als het token niet in de vooraf gedefinieerde lijst staat, genereert de server een asynchrone gebeurtenis get_token_value met de tokennaam. Dit verzoek roept uiteindelijk de HTTP-gebeurtenishandler aan in het codebestand main.c. De handler interpreteert vervolgens het token en reageert op de tokenwaarde met een send_token_value. De HTTP-webserver gebruikt deze tokenwaarde en stuurt deze terug naar de client. Om gegevens van de client naar de HTTP-server te verzenden, controleert de server het voorvoegsel "__SL_P_".Vervolgens doorloopt de server de lijst met parameters en controleert elke variabelenaam om te zien of deze overeenkomt met een van de bekende vooraf gedefinieerde tokens. Als de variabelenamen overeenkomen met de vooraf gedefinieerde tokens, verwerkt de server de waarden. Als de HTTP-webserver een HTTP POST-verzoek ontvangt dat tokens bevat die niet in de vooraf gedefinieerde lijst staan, genereert de server een asynchrone gebeurtenis post_token_value naar de host, die de volgende informatie bevat: naam van formulieractie, tokennaam en tokenwaarde. De host kan vervolgens de vereiste informatie verwerken.tokennaam en tokenwaarde. De host kan vervolgens de vereiste informatie verwerken.tokennaam en tokenwaarde. De host kan vervolgens de vereiste informatie verwerken.
4. Implementatie van HTTP Event Handler
Om dynamische gegevens mogelijk te maken, wordt het door de gebruiker gedefinieerde token gedefinieerd voor de set gegevens die moet worden opgehaald:
Ga door de Texas Instruments Wi-Fi-link voor het energiebewakingsdocument - http://www.ti.com/tool/TIDC-WIFI-METER-READING voor gedetailleerde uitleg over het afhandelen van gebeurtenissen, hardwareverbinding en om de softwarebestanden te downloaden, zie de link hierboven met naam TIDC-WIFIMETER-READING. De softwarebestanden worden gedistribueerd met behulp van een zelfuitpakkend uitvoerbaar bestand, dat standaard wordt geïnstalleerd op TIDCWIFI-METER-READING-SOFTWARE op het bureaublad van de gebruiker.
- Nadat de hardware is aangesloten, downloadt u de firmware naar de bijbehorende hardware.
- Zodra de verbinding tot stand is gebracht, komt u bij het programmeergedeelte. Zet de Wi-Fi-module in de programmeermodus door de SOP2 DIP-schakelaar op de Wi-Fi-module op ON te zetten.
- Nadat u de firmware heeft geladen en ingesteld zoals beschreven in de link, bent u klaar om te testen.
Test opstelling
Om het ontwerp te testen, stelt u de hardware in die is geladen met de firmware. Zet vervolgens wisselspanning op de wisselstroomingang van de stekkerdoos. De LED's op de TIDM-3OUTSMTSTRP gaan branden; de LED op de Wi-Fi moet ook knipperen. Gebruik een smartphone, tablet of pc met Wi-Fi om te beginnen met testen. Zoek naar de SSID "mysimplelink-XXXXXX" (waarbij "XXXXXX" een hexadecimaal getal van zes cijfers is) en maak er verbinding mee. Start een browser en typ de URL "mysimplelink.net". De hoofdpagina wordt weergegeven met de naam van de meter in de linkerbovenhoek (dit is "MSP430i2040 3 SOCKET POWER STRI"). Klik vervolgens op "Lezen" om de details te zien.
Er bestaat geen twijfel over de mogelijke voordelen van slimme meters. Slimme meters zijn onmisbaar voor alle marktpartijen:
- voor meetbedrijven om de meteruitleeskosten te verlagen;
- voor netbeheerders die hun net op de toekomst willen voorbereiden;
- voor energieleveranciers die nieuwe, klantgerichte diensten willen introduceren en callcenterkosten willen verlagen;
- voor overheden om energiebesparings- en efficiëntiedoelstellingen te behalen en om vrijemarktprocessen te verbeteren;
- voor eindgebruikers om het energiebewustzijn te vergroten en het energieverbruik en de energiekosten te verlagen.
Introductie van smart metering lijkt ook een logische stap in een wereld waarin alle communicatie gedigitaliseerd en gestandaardiseerd is (internet, e-mail, sms, chatboxen etc.) en waar de kosten van 'digitale intelligentie' nog steeds snel dalen. De effecten van slimme meters op de gezondheid zijn volgens veel ambtenaren niet gevaarlijk. Hoewel het onderzoek gaande is, omdat over de hele wereld mensen melden dat draadloos hun gezondheid beïnvloedt.
Slimme meters blijken erg nauwkeurig te zijn en als we meer controle krijgen over de elektriciteitsrekeningen, hebben we er een.
Over de auteur
Priyanka Umrani werkt als Analog Layout Design Engineer bij Texas Instruments, India