專利名稱：一種基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，可以應(yīng)用于配電網(wǎng)系統(tǒng)各種 終端或電能表的大批量校準(zhǔn)中。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)監(jiān)控終端具有對電網(wǎng)進行實時數(shù)據(jù)采集、遠方遙信遙控、故障處理、報警 和對時等功能，是電網(wǎng)能夠安全正常運行的有力保障。隨著國家對建設(shè)堅強智能電網(wǎng)理念 的提出，對電力系統(tǒng)監(jiān)控終端的測量精度要求也越來越高，通過微處理器的片內(nèi)ADC來測 量電網(wǎng)電氣參數(shù)的方法難以達到高精度的要求，若采用高精度的ADC芯片成本又較高，而 電能計量芯片很好地兼顧了終端對精度和成本的要求。采用電能計量芯片作為電力系統(tǒng)監(jiān) 控終端對電網(wǎng)電氣參數(shù)進行實時測量的模塊時，其計量精度除了跟終端自身硬件系統(tǒng)設(shè)計 有關(guān)外，還取決于對終端內(nèi)部電能計量芯片的校準(zhǔn)。目前，對電能計量芯片進行校準(zhǔn)的常規(guī) 方法是通過比較電能計量芯片內(nèi)部脈沖輸出與校表臺標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸出來實現(xiàn)校準(zhǔn)，即“以源 校表”;這一方法是根據(jù)分相測量的脈沖誤差來計算校準(zhǔn)參數(shù)，而在小電流時脈沖輸出變得 很慢，這將要消耗時間，而且各臺終端的誤差大小不一，要分別進行計算處理，且三相不能 同時進行校準(zhǔn)，這種方法大大降低了校準(zhǔn)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種簡單易控、耗時短，且 校準(zhǔn)精度高的基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點在于設(shè)置系統(tǒng)構(gòu)成包括 上位機、三相程控源、標(biāo)準(zhǔn)表和多臺被校終端；所述上位機以設(shè)定的上位機校準(zhǔn)程序通過串 口控制三相程控源，由三相程控源為被校終端提供所需校準(zhǔn)條件，在所述各終端分別獲得 對應(yīng)校準(zhǔn)條件下的電能計量芯片的測量值；所述標(biāo)準(zhǔn)表用于測量在所述三相程控源中輸出 的具體體現(xiàn)為電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的校準(zhǔn)條件的實際值；所述上位 機將標(biāo)準(zhǔn)表所測得校準(zhǔn)條件的實際值通過RS485總線同時發(fā)送給各臺被校終端；在校準(zhǔn)條 件下，所述被校終端通過設(shè)定的終端校準(zhǔn)程序根據(jù)電能計量芯片的測量值與實際值計算偏 差來獲得校準(zhǔn)參數(shù)，校準(zhǔn)參數(shù)被寫入在電能計量芯片的校準(zhǔn)寄存器中，并保存到終端內(nèi)部 非易失性存儲器中實現(xiàn)校準(zhǔn)。本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于在校準(zhǔn)有功功率、無功功率和相位時，設(shè)置所述電能計量芯片工作在線性周期累 加模式下，通過配置寄存器來使能和設(shè)置周期數(shù)，以電能計量芯片檢測信號的上升沿過零 來記錄周期數(shù)，當(dāng)記錄的上升沿過零達到設(shè)置的周期數(shù)時，即產(chǎn)生線性周期中斷控制信號， 告知所述終端內(nèi)部主處理器在所設(shè)周期數(shù)的時間內(nèi)采樣完成，此時將讀取的電能計量芯片 能量寄存器的數(shù)值作為所述芯片的測量值。
在給定的校準(zhǔn)條件下，所述終端校準(zhǔn)程序根據(jù)接收到的上位機校準(zhǔn)命令按以下步 驟進行首先校準(zhǔn)電壓、電流和有功功率；然后校準(zhǔn)無功功率；接著進行相位校準(zhǔn)，對于不 同電流大小劃分檔位分別對其進行相位校準(zhǔn)，獲得不同電流大小檔位所對應(yīng)的相位校準(zhǔn)參 數(shù)；最后保存所有校準(zhǔn)參數(shù)。在所述相位校準(zhǔn)中，由上位機設(shè)置的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V,功率因數(shù)cosO =0.5，不同檔位的電流值。由上位機控制不同電流檔位從小到才依次自動切換，終端在線 性周期累加模式下完成不同電流檔位的相位校準(zhǔn)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明方法是基于高精度標(biāo)準(zhǔn)表的實時比較法，上位機控制三相程控源信號的輸 出，并把標(biāo)準(zhǔn)表的各電氣參數(shù)的實際值通過RS485總線傳輸?shù)矫颗_被校終端上，各臺終端 校準(zhǔn)程序就會自動計算出自己的校準(zhǔn)參數(shù)。本發(fā)明方法流程容易控制，實時性高，耗時短， RS485總線上最多可接48臺被校終端，這樣就可以一次性校準(zhǔn)多臺終端，而且三相可以同 時進行校準(zhǔn)，這樣就大大提高了校準(zhǔn)效率且校準(zhǔn)精度很高。


圖1為本發(fā)明終端校準(zhǔn)系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明終端硬件原理框圖；圖3為本發(fā)明上位機校準(zhǔn)程序流程圖；圖4為本發(fā)明終端校準(zhǔn)流程圖；圖5為本發(fā)明終端校準(zhǔn)主程序流程圖；圖6為本發(fā)明終端電壓電流增益校準(zhǔn)流程圖；圖7為本發(fā)明終端線性周期累加模式程序流程圖；圖8為本發(fā)明終端有功無功增益校準(zhǔn)流程圖；圖9為本發(fā)明終端相位校準(zhǔn)流程圖；以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式參見圖1，本實施例中終端校準(zhǔn)系統(tǒng)構(gòu)成為上位機通過USB轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換成多個 RS232串口，串口 1和串口 4分別于三相程控源和標(biāo)準(zhǔn)表通信，而串口 2和串口 3分別經(jīng)過 RS232/485轉(zhuǎn)換器通過RS485總線與48臺被校終端相連。圖2為本發(fā)明終端硬件原理框圖。包括ADE7758電能計量芯片、MCU、電源管理和外 圍電路，其中外圍電路有數(shù)字量輸入和輸出電路、RS485通訊接口、RS232通訊接口、EEPR0M 數(shù)據(jù)存儲電路、時鐘電路、按鍵和LCD顯示電路。本發(fā)明系統(tǒng)校準(zhǔn)程序包括上位機校準(zhǔn)程序和終端校準(zhǔn)程序，終端校準(zhǔn)程序包括終 端校準(zhǔn)主程序、終端電壓電流增益校準(zhǔn)程序、終端線性周期累加模式程序、終端有功無功增 益校準(zhǔn)程序和終端相位校準(zhǔn)程序。參見圖3，上位機校準(zhǔn)程序流程為上位機開始時進行初始化，設(shè)置各串口的通信 狀態(tài)，把控制指令發(fā)送給三相程控源，以滿足該檔位的校準(zhǔn)條件，待三相程控源穩(wěn)定后發(fā)送 校準(zhǔn)命令，標(biāo)準(zhǔn)表測量的實際值包含在校準(zhǔn)命令中，終端接收到校準(zhǔn)命令后開始執(zhí)行校準(zhǔn)程序，計算出由標(biāo)準(zhǔn)表測得的實際值與計量芯片測得的測量值之間的誤差并得出校準(zhǔn)參 數(shù)，再將校準(zhǔn)參數(shù)寫入電能計量芯片的相應(yīng)寄存器并保存到非易失性存儲器中作備份，重 新上電或復(fù)位時由MCU再重新寫入校準(zhǔn)寄存器中。上位機校準(zhǔn)采用一鍵自動校準(zhǔn)，按照設(shè) 置好的順序自動換擋，某一檔位的校準(zhǔn)完成后會自動換成下一檔位，如此循環(huán)直到整個校 準(zhǔn)完成。參見圖4，終端校準(zhǔn)流程為先對上位機發(fā)下來的校準(zhǔn)命令幀進行通信校驗，電壓 增益和電流增益對后續(xù)的能量累加有影響，必須先校準(zhǔn)電壓和電流增益，再對有功增益、無 功增益和相位分別校準(zhǔn)，最后保存校準(zhǔn)參數(shù)。圖5為終端校準(zhǔn)主程序流程圖。終端主程序首先進行初始化設(shè)置，利用串口中斷 服務(wù)程序來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)中斷程序接收完上位機發(fā)送的校準(zhǔn)命令幀后，設(shè)置標(biāo)志位 告知主程序可進行數(shù)據(jù)處理；主程序?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進行解幀及幀校驗，若校驗正確，終端 校準(zhǔn)程序根據(jù)解幀中的校準(zhǔn)命令碼進行相應(yīng)的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后保存校準(zhǔn)參數(shù)到非易失性 存儲器中。圖6為終端電壓電流增益校準(zhǔn)流程圖。電壓電流增益的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V，電流I = 1.5A，功率因數(shù)cos①=1.0。先對電壓電流增益寄存器清零，使能中斷屏 蔽寄存器；然后連續(xù)兩次讀復(fù)位中斷狀態(tài)寄存器，若該寄存器中中斷標(biāo)志位置位時就跳出 循環(huán)，這樣就可以剛好捕捉到相鄰上升沿過零事件，也就是半周期數(shù)據(jù)采樣完成；接著就可 以讀取電壓和電流的測量值來計算出增益系數(shù)；最后將校準(zhǔn)的系數(shù)寫入相應(yīng)寄存器并關(guān)中 斷屏蔽寄存器。圖7為終端線性周期累加模式程序流程圖。開始時設(shè)置有功功率和無功功率的 分頻因子，保證功率寄存器不溢出；選擇線性周期累加模式并寫入周期數(shù)，開中斷屏蔽寄存 器；連續(xù)兩次讀復(fù)位中斷狀態(tài)寄存器，若該寄存器中中斷標(biāo)志位置位時就跳出循環(huán)，這樣就 可以讀出所設(shè)完整周期數(shù)時間內(nèi)的有功和無功能量累加值；然后關(guān)中斷屏蔽寄存器并取消 線性周期累加模式；最后將讀出的能量累加值作為函數(shù)值返回。圖8為終端有功無功增益校準(zhǔn)流程圖。有功增益的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V, 電流I = 1. 5A，功率因數(shù)cos①=1.0 ；無功增益的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V,電流I = 1.5A，功率因數(shù)cosO =0。首先清零有功和無功增益寄存器，設(shè)置線性周期累加模式下的 周期數(shù)；再調(diào)用線性周期累加模式函數(shù)得到周期時間內(nèi)的有功和無功能量累加量，與實際 值比較計算出校準(zhǔn)系數(shù)；最后寫入對應(yīng)寄存器中。本發(fā)明中終端相位校準(zhǔn)采用按不同電流大小劃分檔位分別進行相位校準(zhǔn)的方法， 在線性周期累加模式下完成不同電流檔位的相位校準(zhǔn)，不同檔位在校準(zhǔn)時選擇相應(yīng)的線性 周期數(shù)，隨著電流的增大線性周期數(shù)逐漸減小。上位機將各檔位的校準(zhǔn)條件發(fā)送給三相程 控源，待三相程控源輸出穩(wěn)定后，終端開始該檔位的校準(zhǔn)，結(jié)束后程序自動切換到下一檔 位，進行下一檔位的相位校準(zhǔn)，直到相位校準(zhǔn)結(jié)束。圖9為終端相位校準(zhǔn)流程圖。相位的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V,功率因數(shù)cos① =0. 5，電流為各檔位設(shè)置的電流。首先清零相位偏移寄存器，設(shè)置線性周期累加模式下的 周期數(shù)；再調(diào)用線性周期累加模式函數(shù)得到周期時間內(nèi)的有功能量累加量；與實際值比較 計算出功率偏差，根據(jù)偏差正負(fù)分別乘以常量系數(shù)便得到所需校準(zhǔn)參數(shù)；最后將這些校準(zhǔn) 參數(shù)寫入對應(yīng)寄存器中。
表1為校準(zhǔn)條件列表。校準(zhǔn)項與校準(zhǔn)條件一一對應(yīng)，校準(zhǔn)電壓、電流和有功功率 時，由于校準(zhǔn)條件完全相同，所以將其放在同一檔位進行校準(zhǔn)，其命令碼為0x81 ；無功功率 校準(zhǔn)在功率因數(shù)等于0時進行，其它校準(zhǔn)條件與有功功率校準(zhǔn)相同，其命令碼為0x82 ；相位 校準(zhǔn)可以根據(jù)所用電流互感器的特性按照電流大小適當(dāng)劃分檔位，本發(fā)明中根據(jù)所用變比 為5A/2. 5mA的電流互感器特性對其劃分成9檔，電流從0. 075A到6A，對應(yīng)的命令碼從0x83 到0x8B，此時功率因數(shù)設(shè)為0. 5。表 權(quán)利要求
一種基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是設(shè)置系統(tǒng)構(gòu)成包括上位機、三相程控源、標(biāo)準(zhǔn)表和多臺被校終端；所述上位機以設(shè)定的上位機校準(zhǔn)程序通過串口控制三相程控源，由三相程控源為被校終端提供所需校準(zhǔn)條件，在所述各終端分別獲得對應(yīng)校準(zhǔn)條件下的電能計量芯片的測量值；所述標(biāo)準(zhǔn)表用于測量在所述三相程控源中輸出的具體體現(xiàn)為電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的校準(zhǔn)條件的實際值；所述上位機將標(biāo)準(zhǔn)表所測得校準(zhǔn)條件的實際值通過RS485總線同時發(fā)送給各臺被校終端；在校準(zhǔn)條件下，所述被校終端通過設(shè)定的終端校準(zhǔn)程序根據(jù)電能計量芯片的測量值與實際值計算偏差來獲得校準(zhǔn)參數(shù)，校準(zhǔn)參數(shù)被寫入在電能計量芯片的校準(zhǔn)寄存器中，并保存到終端內(nèi)部非易失性存儲器中實現(xiàn)校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是在校準(zhǔn)過程 中，在校準(zhǔn)有功功率、無功功率和相位時，設(shè)置所述電能計量芯片工作在線性周期累加模式 下，通過配置寄存器來使能和設(shè)置周期數(shù)，以電能計量芯片檢測信號的上升沿過零來記錄 周期數(shù)，當(dāng)記錄的上升沿過零達到設(shè)置的周期數(shù)時，即產(chǎn)生線性周期中斷控制信號，告知所 述終端內(nèi)部主處理器在所設(shè)周期數(shù)的時間內(nèi)采樣完成，此時將讀取的電能計量芯片能量寄 存器的數(shù)值作為所述芯片的測量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是在給定的校準(zhǔn) 條件下，所述終端校準(zhǔn)程序根據(jù)接收到的上位機校準(zhǔn)命令按以下步驟進行首先校準(zhǔn)電壓、電流和有功功率；然后校準(zhǔn)無功功率；接著進行相位校準(zhǔn)，對于不同電 流大小劃分檔位分別對其進行相位校準(zhǔn)，獲得不同電流大小檔位所對應(yīng)的相位校準(zhǔn)參數(shù)； 最后保存所有校準(zhǔn)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是所述相位校 準(zhǔn)是在所述相位校準(zhǔn)中，由上位機設(shè)置的校準(zhǔn)條件為電壓U = 220V，功率因數(shù)cosO = 0. 5，不同檔位的電流值。由上位機控制不同電流檔位從小到才依次自動切換，終端在線性 周期累加模式下完成不同電流檔位的相位校準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電能計量芯片的終端校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是設(shè)置系統(tǒng)構(gòu)成包括上位機、三相程控源、標(biāo)準(zhǔn)表和多臺被校終端；上位機通過串口控制三相程控源，由三相程控源為被校終端提供所需校準(zhǔn)條件，在各終端分別獲得對應(yīng)校準(zhǔn)條件下的電能計量芯片的測量值；標(biāo)準(zhǔn)表用于測量在三相程控源中輸出的校準(zhǔn)條件的實際值；上位機將標(biāo)準(zhǔn)表所測得校準(zhǔn)條件的實際值發(fā)送給各臺被校終端；在校準(zhǔn)條件下，被校終端根據(jù)電能計量芯片的測量值與實際值計算偏差來獲得校準(zhǔn)參數(shù)。本發(fā)明系統(tǒng)簡單易控、耗時短，校準(zhǔn)精度高。
文檔編號G01R35/04GK101876693SQ20101020234
公開日2010年11月3日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者李林, 汪麗麗, 陶維青, 項玉球 申請人:合肥工業(yè)大學(xué);安徽科大魯能科技有限公司