science-review.ru
Изделие входит в состав аппаратно-программного комплекса системы учета и регистрации потребления энергоресурсов и воды объектами ЖКХ и предназначено для:
- измерения показаний расхода горячей и холодной воды;
- передачи показаний расхода горячей и холодной воды и показателей состояния прибора учета;
- учета потребленной горячей и холодной воды по каждому тарифу в отдельности и по всем тарифам;
- отображения информации о потребленном количестве воды, серийном номере прибора учета, текущей дате и времени;
- регистрации событий, возникающих в процессе эксплуатации прибора учета;
- программирования.
Прибор учета предназначен для использования домохозяйствах, размещённых в городской либо сельской местности, многоквартирных либо частных постройках.
Степень защиты данного прибора: IP67 [2]
Интеграция прибора учета в комплекс осуществляется через встроенные проводной (RS-485) интерфейс и беспроводной трансивер ISM (Industrial, science and medical) диапазона, посредством внешнего GSM-концентратора.
Одной из основных составляющих данного устройства является крыльчатый прибор.
Крыльчатый прибор учёта является наиболее распространённым, хорошо изученным методом измерения расхода, широко применяемым в коммерческих приборах учёта. Принцип действия крыльчатого счётчика основан на пропорциональной зависимости объёма жидкости, протекающей через прибор учёта, с числом оборотов крыльчатки, находящейся на пути движущейся жидкости. Движение крыльчатки через специальную муфту передаётся на счётное устройство (электронное или механическое) и, после обработки, преобразуется в стандартные единицы объёма и отображается на устройстве индикации.
Преимущества крыльчатого прибора учёта:
- относительная дешевизна и автономность;
- стабильность показаний;
- простота монтажа и обслуживания.
Недостатки:
- высокая чувствительность к механическим примесям и отложениям в проточной части прибора;
- низкая чувствительность на малых расходах;
- наличию выступающих в поток движущихся частей, подверженных износу.
Не менее важным элементом является микроконтроллер, который выполняет основные функции сбора, а так же накопления измерений, хранение, управление ЖК-дисплеем, управлением системой питания [1].
Анализируя популярные модели микроконтроллеров и их характеристики, основными из которых являлись экономичность и функциональность, был выбран оптимальный вариант – микроконтроллер серии STM8L, а именно микроконтроллер STM8L152С6.[5]
Для отображения информации применяется устройство индикации.
В качестве устройства индикации используется 9-тисегментный LCD дисплей TIC33 , который представлен на рис. 1.
Рис. 1. Индикатор TIC33
Характеристики:
- размер: 37 x 15мм;
- температурный диапазон: -20...+70C;
- Напряжение питания: 2,5...3,5В. [3]
Сравнительные характеристики микроконтроллеров
|
Параметр |
Необходимо |
STM8L152С6 |
ATmega48PA-PU |
ATtiny13A-SSU |
PIC16F505-I/SL |
|
Средняя цена, долл. США |
< 1 |
0,874 |
2,62 |
0,52 |
0,7 |
|
Объем flash-памяти (ROM, памяти программ) |
32 КБайт |
32 КБайт |
4 КБайта |
1 КБайт |
1 КБайт |
|
Объем оперативной памяти (RAM, памяти данных) |
512 Байт |
2048 Байт |
512 Байт |
64 Байта |
72 Байта |
|
Тактовая частота |
4 МГц |
16 МГц |
20 МГц |
20 МГц |
20МГц |
|
Линий ввода/вывода |
4 |
41 |
23 |
6 |
12 |
|
АЦП |
3 |
25 каналов 12 бит |
8 каналов 10 бит |
4 канала 10 бит |
0 |
|
ЦАП |
0 |
12 бит |
0 |
0 |
0 |
|
USART |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
SPI |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
I2C |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
Количество таймеров |
1 |
4 |
3 |
1 |
1 |
|
DMA |
1 |
5 каналов |
0 |
0 |
0 |
Для обеспечения стабильной работы прибора на протяжении всего периода эксплуатации необходим встроенный источник питания. Батареи ER14505 представленные на рис. 2 доказали свою эффективность в других устройствах и были выбраны в качестве основного источника питания.
Рис. 2. Батареи ER14505
Характеристики:
- емкость элемента 2400 мА/ч;
- срок службы от 3 до 15 лет;
- ток саморазряда <1 % в год;
- Рабочая температура: -60+85С.[4]
Принцип работы:
Вращение крыльчатки с установленным на ней магнитом фиксируется магнитоконтактными датчиками, установленными на плате регистрирующего устройства, которое осуществляет преобразование число оборотов ротора в объем измеренной воды. Ведущая магнитная муфта расположена в воде, в измерительной полости на крыльчатке.
Измерительное устройство имеет плату с расположенными на ней двумя магнитоконтактными и температурными датчиками, регистрирующими количество оборотов вращающейся крыльчатки и температуру жидкости, центральный контроллер, энергонезависимую память DD3, ЖК-дисплей, радиоконтроллер, интерфейсы и батарею питания.
Питание электронной схемы прибора учёта осуществляется литий-тионилхлоридной батареей типоразмера АА ER14505, расположенной на основной плате контроллера, через LowDrop-преобразователь который понижает напряжение до 3,3 В.
Магнитоконтактные датчики, находящиеся на основной плате, подключены непосредственно к микроконтроллеру. Первый магнитоконтактный датчик выполняет основную функцию снятия данных с вращающейся крыльчатки, а второй выполняет дублирующую функцию снятия данных с вращающейся крыльчатки для определения ложных срабатываний первого, либо выполняет его функции при выходе того из строя. Также датчики имеют функцию определения поднесения магнита для несанкционированной остановки прибора учёта.
Сигналы с магнитоконтактных датчиков поступают в микроконтроллер, в котором обрабатываются и сохраняются в энергонезависимой памяти DD3, подключённой к контроллеру.
Вывод и отображение данных о накопленном расходе жидкости производится микроконтроллером на ЖК-дисплей.
Переключение кадров отображения информации на дисплее осуществляется кнопкой, которая находится лицевой панели Прибора учёта.
Программирование контроллера осуществляется через четырёхконтактный разъем, который расположен на основной плате контроллера.
Обмен данными с внешними устройствами может осуществляться посредством радиоконтроллера, а также через встроенный интерфейс RS-485, реализованный на драйвере интерфейса DD2.