Полупроводниковые счетчики электроэнергии, измеряющие энергопотребление и отображающие данные на дисплеях, устанавливаются в жилых, промышленных и коммерческих зданиях, а также в подстанциях электросетей. Они быстро развиваются и требуют новых решений и архитектур.

  • Простые электронные счетчики представляют собой прямую замену традиционным механическим. Данные с них необходимо считывать вручную, а основой устройства обычно служат простые микроконтроллеры с драйверами ЖК-дисплея и малым энергопотреблением. В них также используются измерительные аналоговые входные блоки (AFE), которые должны соответствовать определенным стандартам ANSI и IEC.
  • Интеллектуальные счетчики, которые являются частью современной измерительной инфраструктуры, формируют так называемую интеллектуальную энергосистему. Она обеспечивает двунаправленную передачу данных с помощью таких возможностей, как ВЧ-связь по ЛЭП, коммуникация в фиксированных и смешанных беспроводных сетях, а также подключение к домашним сетевым устройствам — термостатам, бытовым приборам и гибридным транспортным средствам с подзарядкой от электрической сети. Это важные компоненты измерительных систем на рынке коммерческих коммунальных услуг. Счетчики должны также поддерживать альтернативные источники энергии (ветряные и солнечные генераторы).

Сама архитектура и ее реализации постоянно усложняются, в результате чего счетчикам требуется больше вычислительной мощности для обработки данных и больше флеш-памяти для хранения программных стеков. Счетчики должны поддерживать такие стандарты связи, как PRIME, G3, IEEE 1901.2, IEEE 802.15.4g и IEEE 802.15.4.

Особенности и преимущества

  • Наша платформа поддерживает однофазные и многофазные измерительные аналоговые входные блоки и системы на кристалле, отвечающие международным требованиям с классом точности до 0,2.
  • Системы на кристалле способны не только решать метрологические задачи, но и выполнять передачу данных по ЛЭП с модуляцией OFDM.
  • Сдвоенная архитектура на базе процессора ARM® Cortex®-M4 обеспечивает независимые прикладные, метрологические и коммуникационные функции.
  • Метрологическая библиотека Atmel гарантирует гибкую адаптацию к требованиям глобального рынка.
  • До 7 сигма-дельта АЦП с разрешением 20 бит и динамическим диапазоном 102 дБ.
  • Динамический диапазон аналоговых входных блоков до 6000:1.
  • Поддержка трансформаторов напряжения и тока, а также датчиков Роговского.
  • Выделенный токовый канал для измерения тока в нейтрали для обнаружения несанкционированных действий.
  • До 2 МБ встроенной флеш-памяти.
  • До 256 КБ встроенной памяти SRAM (независимая метрология).
  • Интегрированные периферийные устройства: маломощные часы реального времени, ЖК-дисплей, интерфейсы USART и SPI.
  • Шифрование AES, CPKCC, ICM (SHA) с истинным генератором случайных чисел (TRNG).
PLC Diagram

Типовой счетчик электроэнергии выполняет измерение активной (кВт·ч) и реактивной (квар·ч) мощности. Для этого применяется сигма-дельта АЦП с высоким разрешением и точным опорным напряжением. Современные измерительные алгоритмы обслуживаются специальным цифровым сигнальным процессором (DSP) или аппаратным механизмом. Результаты измерения выводятся на дисплей, обрабатываются специальными модулями и передаются по защищенной беспроводной сети или линиям электропередач.

Продукты Atmel

В ядре платформы Smart Energy от компании Atmel лежит серия продуктов SAM4C, например системы на кристалле SAM4C16C или SAM4C8C для интеллектуальных энергосистем, построенные на базе двух высокопроизводительных 32-разрядных RISC-процессоров ARM®Cortex® M4. Эти устройства функционируют на частоте 100 МГц и обладают до 2 МБ встроенной флеш-памяти, до 304 КБ памяти SRAM и интегрированной в чип кэш-памятью для каждого ядра. Сдвоенная архитектура на базе ядер ARM Cortex-M4 позволяет объединить прикладной и транспортный уровни на одном устройстве с метрологическими функциями. Благодаря этому проектировщики могут реализовать как интегрированный программный, так и внешний аппаратный метрологический аналоговый входной блок, а также интегрированный или внешний физический уровень для передачи данных по ЛЭП.

Ассортимент компании Atmel содержит все основные компоненты счетчиков электроэнергии: широкий спектр микроконтроллеров, модули связи, модули энергонезависимой памяти и аппаратные решения для обеспечения безопасности. Семейства микроконтроллеров Atmel AVR и ARM® оснащены богатым набором функций и решений, необходимых для счетчиков электроэнергии.

МикроконтроллерЭнергонезависимая памятьАппаратное обеспечение безопасностиМодули связиАЦП/метрологический DSP
SAM4C

SAM4CM

SAM4L

SAM4CP
EPROM

Параллельная память EEPROM

Последовательная память EEPROM
Решения по аппаратному обеспечению безопасностиAT86RF212B

AT86RF233

AT86RF215

SAM4CP
ATM90E25

ATM90E32AS

90E32A

Подробнее о решениях Atmel: указания по применению, устройства, инструменты и программное обеспечение.