XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

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]

Таблица 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	25каналов 12бит	8каналов 10бит	4канала 10бит	0
ЦАП	0	12бит	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

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 рисунке - 1.

Рисунок 1 – Индикатор TIC33

Характеристики:

размер: 37 x 15мм;

температурный диапазон: -20...+70C;

Напряжение питания: 2,5...3,5В. [3]

Для обеспечения стабильной работы прибора на протяжении всего периода эксплуатации необходим встроенный источник питания. Батареи ER14505 представленные на рисунке 2 доказали свою эффективность в других устройствах и были выбраны в качестве основного источника питания.

Рисунок 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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 12997-84 [Текст] Изделия ГСП. Общие технические условия – URL: https://www.ntm.ru/UserFiles/File/document/CommonMaterials/gost_12997-84.pdf -2с.

2. Межгосударственный стандарт ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89) [Текст] Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (КОД IP) – URL: http://bolid.ru/files/554/732/h_6445e10183917893274350e0aceaf058.-3с.

3. Ekits.ru [Электронный ресурс] //  Дисплей TIC33: сайт. ‒ URL: https://ekits.ru/catalog/indication/lcd_displei/displey_tic33 (дата обращения: 23.02.2019)

4. Компэл [Электронный ресурс] //  ER14505-VD 3.6V: сайт. ‒ URL: https://www.compel.ru/infosheet/EEMB/ER14505-VB%203.6V (дата обращения: 23.02.2019)

5. Рынок микроэлетроники [Электронный ресурс] //  STM8L152C6 8-разрядные микроконтроллеры с ультранизким энергопотреблением, LCD драйвером: сайт. ‒ URL:http://catalog.gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=30227 (дата обращения: 22.02.2019)

Код для цитирования: Скопировать