Immagina quanto sarebbe bello se tu potessi vedere il consumo energetico della tua casa o di qualsiasi appartamento commerciale seduto in qualsiasi parte del mondo. Non suona bene? Questo introduce il concetto di Smart Metering. Allora cos'è il contatore intelligente? - Un contatore intelligente è un dispositivo elettronico di tendenza da 15 anni che registra il consumo di elettricità e fornisce informazioni al fornitore di elettricità per la fatturazione come un normale contatore di elettricità.
Paraskevakos ottenne un brevetto statunitense per questa particolare tecnologia nell'anno 1974. Nel 1977 lanciò Metretek che sviluppò e produsse il primo sistema di lettura e gestione del carico a distanza completamente automatizzato e disponibile in commercio senza connessione Internet. Quali paesi dispongono di contatori intelligenti? - Il roll out è stato completato in Italia, Finlandia, Svezia. I roll out sono pianificati o in corso in alcuni paesi europei. Intorno al 2020, 17 paesi europei avranno lanciato contatori intelligenti.
Cosa richiedono i contatori di energia intelligenti?
- Comunicazioni wireless e cablate robuste e ad alta velocità.
- Registrazione in tempo reale o quasi in tempo reale dell'uso di elettricità e possibilmente dell'elettricità generata localmente, ad esempio nel caso di celle fotovoltaiche.
- Misura accurata di corrente e tensione di trasformatori di corrente, shunt o altri sensori.
- Sicurezza contro le manomissioni magnetiche e meccaniche
Descrizione
Dal momento che il design dato funziona l'hardware alimentato direttamente da alimentazione AC; è meglio che i professionisti che hanno ricevuto una formazione tecnica adeguata utilizzino l'hardware se si desidera implementarlo. Questo design utilizza Texas Instruments CC3200MOD e MSP430i2040 come piattaforma di sviluppo rispettivamente per la comunicazione e la misurazione elettrica. Partendo da TI Design TIDM-3OUTSMTSTRP come sorgente dati di misurazione, viene aggiunta una scheda di comunicazione progettata utilizzando CC3200MOD per la comunicazione Wi-Fi. I dati di misurazione possono quindi essere letti e il relè può essere controllato utilizzando un browser.
Schema elettrico
MSP430i2040 - Microcontrollore a segnale misto a 16 bit
MSP430i2040 è utilizzato in questo progetto come processore metrologico. I suoi quattro convertitori da analogico a digitale (ADC) sigma-delta a 24 bit consentono misurazioni accurate dell'energia, fornendo letture di tensione, corrente, potenza (attiva, reattiva, apparente), fattore di potenza e frequenza di tre prese CA. L'MSP430i2040 richiede solo pochi componenti esterni passivi per interfacciarsi direttamente con il partitore di tensione e lo shunt di corrente per le misurazioni di tensione e corrente.
CC3200 - Modulo MCU wireless Internet-on-a-Chip CC3200 Wi-Fi Simple Link
Il CC3200MOD viene utilizzato in questo design come controller Wi-Fi che integra un MCU ARM® Cortex ™ -M4, consentendo ai clienti di sviluppare un'intera applicazione con un singolo dispositivo. Con Wi-Fi, Internet e protocolli di sicurezza affidabili su chip, non è richiesta alcuna esperienza Wi-Fi precedente per uno sviluppo più rapido.
UCC28910, UCC28911 Switcher flyback ad alta tensione
Regolazione dell'uscita a tensione costante (CV) e corrente costante (CC) senza accoppiatore ottico, ha arresto termico, linea bassa e protezione da sovratensione in uscita.
ULN2003LV Relè a 7 canali e driver per dissipatore di carico induttivo
Dispone di driver sink ad alta corrente a 7 canali e supporta una tensione di pullup in uscita fino a 8 V.
Progettazione di Smart Meter
1. Misurazione
Questo design utilizza MSP430i2040 come processore metrologico. TI Design TIDM-3OUTSMTSTRP viene utilizzato come piattaforma della parte di misurazione. L'hardware e il firmware sono leggermente modificati per aggiungere il controllo del relè sceso a zero crossing.
2. Misurazione dell'accesso ai dati
Questo design utilizza il server Web HTTP sui dati di trasferimento CC3200 dall'hardware di misurazione MSP430i2040. Questo trasferimento consente di accedere ai dati di misurazione utilizzando un browser Web su qualsiasi piattaforma. Il server HTTP ascolta sul socket HTTP (il valore predefinito è 80) quindi gestisce la richiesta (HTTP GET o HTTP POST) recuperando i file della pagina web dalla flash seriale. Il server quindi chiama un gestore di eventi HTTP per operare sui contenuti della variabile. Quindi compone una risposta HTTP e la invia al client tramite il collegamento Wi-Fi.
3. Gestione degli elementi di dati dinamici
Per consentire la lettura dei dati di misurazione con un file HTML con contenuti dinamici, il server web HTTP supporta una serie di token predefiniti, che verranno sostituiti al volo dal server, con contenuti generati dinamicamente. Alcuni token sono predefiniti nel server HTTP con token aggiuntivi che possono essere definiti nell'applicazione utente.
Il server HTTP esegue la scansione della pagina HTML per il prefisso "__SL_G_". Se il server trova un prefisso, controlla il token completo. Una volta che corrisponde a un token noto, sostituisce il token nell'HTML con i dati (stringa) appropriati che corrispondono a quel token. Se il token non è nell'elenco predefinito, il server genera un evento asincrono get_token_value con il nome del token. Questa richiesta alla fine chiama il gestore di eventi HTTP nel file di codice main.c. Il gestore interpreta quindi il token e risponde al valore del token con send_token_value. Il server Web HTTP utilizza questo valore di token e lo restituisce al client. Per inviare dati dal client al server HTTP, il server verificherà il prefisso "__SL_P_".Quindi il server controlla l'elenco dei parametri e controlla ogni nome di variabile per vedere se corrisponde a uno dei token predefiniti noti. Se i nomi delle variabili corrispondono ai token predefiniti, il server elabora i valori. Se il server Web HTTP riceve una richiesta HTTP POST che contiene token non nell'elenco predefinito, il server genera un evento asincrono post_token_value per l'host, che contiene le seguenti informazioni: nome dell'azione del modulo, nome del token e valore del token. L'host può quindi elaborare le informazioni richieste.nome del token e valore del token. L'host può quindi elaborare le informazioni richieste.nome del token e valore del token. L'host può quindi elaborare le informazioni richieste.
4. Implementazione del gestore di eventi
Per facilitare i dati dinamici, il token definito dall'utente è definito per il set di dati da recuperare:
Passare attraverso il collegamento Wi-Fi di Texas Instruments per il documento di monitoraggio energetico - http://www.ti.com/tool/TIDC-WIFI-METER-READING per una spiegazione dettagliata della gestione degli eventi, della connessione hardware e per scaricare i file del software, vedere il link sopra con il nome TIDC-WIFIMETER-READING. I file del software vengono distribuiti utilizzando un file eseguibile autoestraente, che per impostazione predefinita viene installato su TIDCWIFI-METER-READING-SOFTWARE sul desktop dell'utente.
- Dopo aver collegato l'hardware, scarica il firmware nell'hardware corrispondente.
- Una volta effettuata la connessione, arriverete alla parte di programmazione. Impostare il modulo Wi-Fi in modalità di programmazione portando il DIP switch SOP2 sul modulo Wi-Fi in posizione ON.
- Dopo aver caricato il firmware e impostato come descritto nel collegamento, sei pronto per il test.
Configurazione di prova
Per testare il design, configurare l'hardware caricato con il firmware. Quindi applicare la tensione CA all'ingresso CA della ciabatta. I LED su TIDM-3OUTSMTSTRP si accenderanno; anche il LED sul Wi-Fi dovrebbe lampeggiare. Per iniziare il test, utilizza uno smartphone, un tablet o un PC con Wi-Fi. Cerca l'SSID "mysimplelink-XXXXXX" (dove "XXXXXX" è un numero esadecimale di sei cifre) e connettiti ad esso. Avvia un browser e digita l'URL "mysimplelink.net". La pagina principale verrà mostrata con il nome del misuratore nell'angolo in alto a sinistra (che è "MSP430i2040 3 SOCKET POWER STRI"). Quindi fare clic su "Lettura" per vedere i dettagli.
Non ci sono dubbi sui potenziali vantaggi della misurazione intelligente. I contatori intelligenti sono indispensabili per tutte le parti del mercato:
- per le società di misurazione ridurre i costi di lettura dei contatori;
- per gli operatori di rete che vogliono preparare la loro rete al futuro;
- per i fornitori di energia che desiderano introdurre nuovi servizi personalizzati e ridurre i costi del call center;
- affinché i governi raggiungano obiettivi di risparmio ed efficienza energetica e migliorino i processi di mercato libero
- per gli utenti finali per aumentare la consapevolezza energetica e ridurre il consumo di energia e il costo dell'energia.
L'introduzione dello smart metering sembra anche un passo logico in un mondo in cui tutte le comunicazioni sono digitalizzate e standardizzate (Internet, e-mail, SMS, chat, ecc.) E dove il costo della "intelligenza digitale" è ancora in rapida diminuzione. Gli effetti dei contatori intelligenti sulla salute non sono pericolosi secondo molti funzionari. Sebbene la ricerca sia in corso, poiché in tutto il mondo le persone segnalano che il wireless sta influendo sulla loro salute.
I contatori intelligenti sono molto precisi e ottenere un maggiore controllo sulle bollette dell'elettricità ci fa avere uno.
Circa l'autore
Priyanka Umrani lavora come ingegnere progettista di layout analogico con Texas Instruments, India