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一種智能電能表用雙時(shí)鐘源采樣裝置的制作方法

文檔序號:12832196閱讀:656來源:國知局
一種智能電能表用雙時(shí)鐘源采樣裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及電能表的電能計(jì)量領(lǐng)域,具體而言是在智能電能表上利用交流電網(wǎng)頻率源長期穩(wěn)定性的特點(diǎn)和晶體在電網(wǎng)停電后依靠電池供電仍能正常工作的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電能表實(shí)時(shí)時(shí)鐘長期準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的裝置。



背景技術(shù):

目前,隨著智能電網(wǎng)的高速發(fā)展,智能電能表需要有一個(gè)內(nèi)置時(shí)鐘基準(zhǔn)來對電能量進(jìn)行分時(shí)計(jì)費(fèi),對事件記錄,負(fù)荷曲線,結(jié)算數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行記錄,便于以后查詢統(tǒng)計(jì)。智能電能表上的時(shí)鐘要滿足IEC62054-21標(biāo)準(zhǔn),其在常溫23°下時(shí)鐘精度誤差滿足<±0.5s/d,在-20℃~70℃ 下保證時(shí)鐘精度在±0.15s/℃/d以內(nèi)。目前絕大多數(shù)的電能表時(shí)鐘源來源為內(nèi)部32.768KHZ晶振,通過對晶振頻率的采樣實(shí)現(xiàn)電能表時(shí)鐘運(yùn)行。晶振個(gè)體差異比較大,外部環(huán)境溫度,濕度對振蕩頻率有影響,如果未及時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘溫度補(bǔ)償則導(dǎo)致時(shí)鐘精度偏差較大,時(shí)間不準(zhǔn)確,最終使費(fèi)率計(jì)量失去準(zhǔn)確性。因此都采用補(bǔ)償晶振受溫度影響的頻偏,保證晶振在各種溫度環(huán)境下都能輸出正確的頻率。另外即使通過溫度補(bǔ)償后能提高晶體頻率的準(zhǔn)確性,但晶體在長期工作后有一個(gè)頻率老化率(在恒定的環(huán)境條件下測量振蕩器頻率時(shí),振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的,±2ppm/(第一年)和±20ppm/(十年))。因此在運(yùn)行數(shù)年后,晶體的頻偏對時(shí)鐘的影響比較大,時(shí)鐘精度可能會(huì)超過標(biāo)準(zhǔn)要求。

用對交流電網(wǎng)頻率作為時(shí)鐘采樣源的計(jì)時(shí)方案,能夠不受晶振頻偏的影響,電網(wǎng)頻率長期穩(wěn)定并且頻偏很小而且不受溫度的影響,因此在電能表生命周期內(nèi)都能夠滿足時(shí)鐘精度的要求。但是在電能表實(shí)際運(yùn)行過程中,電網(wǎng)偶爾會(huì)停電這樣電能表就采樣不到電網(wǎng)的頻率輸出,也就沒有時(shí)鐘源,電能表會(huì)失去時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型的目的是為了解決電能表上對實(shí)時(shí)時(shí)鐘長期穩(wěn)定精確計(jì)時(shí)的要求而提出一種智能電能表用雙時(shí)鐘源采樣裝置,能夠根據(jù)電網(wǎng)有無電情況切換時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘長期精確計(jì)時(shí)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:

一種智能電能表用雙時(shí)鐘源采樣裝置,它包括電網(wǎng)電壓檢測模塊、電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊、晶體時(shí)鐘采樣模塊、MCU和電池,所述的電網(wǎng)電壓檢測模塊用于檢測交流電網(wǎng)的電壓狀態(tài),其信號輸出端與MCU的對應(yīng)電壓檢測信號輸入端相連,所述的電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊和晶體時(shí)鐘采樣模塊分別接交流電網(wǎng)和晶體,用于對時(shí)鐘信號進(jìn)行采樣,電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊和晶體時(shí)鐘采樣模塊的信號輸出端均與MCU的對應(yīng)時(shí)鐘信號輸入端相連,所述的晶體時(shí)鐘采樣模塊的電源信號端接電池。

本實(shí)用新型的MCU內(nèi)部設(shè)有兩套對應(yīng)于電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊和晶體時(shí)鐘采樣模塊的時(shí)鐘寄存器。

本實(shí)用新型的晶體時(shí)鐘采樣模塊為外置采樣模塊或者M(jìn)CU內(nèi)部的采樣模塊。

本實(shí)用新型的電網(wǎng)電壓檢測模塊包括電阻R171-R172、R175-R177,電容C121、C124,穩(wěn)壓二極管D42和三極管Q12,所述電阻R175一端接入直流電壓DC16V,另一端與穩(wěn)壓管D42負(fù)極連接,穩(wěn)壓管D42正極與電阻R176、電容C124、電阻R177一端連接,電容C124與電阻R177并聯(lián)且另一端接地,電阻R176另一端與三極管Q12基極連接,三極管Q12發(fā)射極接地,三極管Q12集電極與電阻R171、電阻R172一端連接,電阻R171另一端接交流電網(wǎng)的電壓信號采集端VDD3V3,電阻R172另一端與電容C121一端連接后作為電網(wǎng)電壓檢測模塊的檢測信號輸出端接至MCU引腳VININT,電容C121另一端接地。

本實(shí)用新型的電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊包括電阻R5-R13、R15以及電容C3,所述電阻R5的一端作為電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊的時(shí)鐘采樣信號端接交流電網(wǎng)即單相電壓U,電阻R5的另一端依次串聯(lián)電阻R6-R12,電阻R12另一端與電阻R13、電阻R15的一端連接,電阻R15另一端接地,電阻R13另一端與電容C3一端連接后作為電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊的輸出接至MCU引腳VP1,電容C3另一端接地。

本實(shí)用新型的有益效果:

本實(shí)用新型中,在電網(wǎng)有電的時(shí)候這個(gè)電網(wǎng)頻率完全可以滿足電能表計(jì)時(shí)時(shí)鐘的要求,現(xiàn)在每年停電的次數(shù)和時(shí)間都很少,這個(gè)數(shù)據(jù)是供電部門的一個(gè)重要控制數(shù)據(jù),因此實(shí)際使用中斷電后電能表將失去對電網(wǎng)頻率采樣的信號,這個(gè)時(shí)候電能表還是可以通過電池來對部分電路進(jìn)行供電如晶振電路,電能表上的晶振考慮到成本的原因,它的精度可以不做太高要求,并且是可以通過其他設(shè)備進(jìn)行廠內(nèi)校準(zhǔn)。因此它的精度也是完全符合時(shí)鐘的要求,因此電網(wǎng)斷電后時(shí)鐘源就可以切換到晶振供電模式,這樣的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,能夠滿足市場需求。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。

圖2是本實(shí)用新型的電網(wǎng)電壓檢測模塊的電路圖。

圖3是本實(shí)用新型的電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示,一種智能電能表用雙時(shí)鐘源采樣裝置,它包括電網(wǎng)電壓檢測模塊、電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊、晶體時(shí)鐘采樣模塊、MCU和電池,所述的電網(wǎng)電壓檢測模塊用于檢測交流電網(wǎng)的電壓狀態(tài),其信號輸出端與MCU的對應(yīng)電壓檢測信號輸入端相連,所述的電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊和晶體時(shí)鐘采樣模塊分別接交流電網(wǎng)和晶體,用于對時(shí)鐘信號進(jìn)行采樣,電網(wǎng)頻率時(shí)鐘采樣模塊和晶體時(shí)鐘采樣模塊的信號輸出端均與MCU的對應(yīng)時(shí)鐘信號輸入端相連,所述的晶體時(shí)鐘采樣模塊的電源信號端接電池。

具體實(shí)施時(shí):

在交流電網(wǎng)有電時(shí),電能表的時(shí)鐘采用電網(wǎng)頻率源時(shí)鐘寄存器的值。對交流電網(wǎng)的頻率采樣方案為,把電網(wǎng)的電壓信號做調(diào)制轉(zhuǎn)換成可以被電表的主控制器MCU能識(shí)別的電平信號,當(dāng)電表上電時(shí),把晶體時(shí)鐘源的時(shí)鐘寄存器值同步到交流電網(wǎng)時(shí)鐘源寄存器中,然后利用智能電能表上的MCU的A/D接口實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率采樣,通常電網(wǎng)頻率為50Hz,也就是一個(gè)周波為20ms,每20ms電網(wǎng)有兩次過零信號產(chǎn)生,因此通過檢測過零信號就可以給電能表計(jì)時(shí),每檢測到一次過零信號,時(shí)鐘累加10ms,通過電能表上時(shí)間計(jì)算函數(shù)把時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電表可以使用的時(shí)鐘數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)更新到電網(wǎng)頻率時(shí)鐘寄存器中。當(dāng)電表斷電時(shí),把交流電網(wǎng)時(shí)鐘源寄存器值同步到晶體時(shí)鐘源的時(shí)鐘寄存器中,電表在斷電后依靠后備電池對時(shí)鐘電路供電實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。這種根據(jù)電網(wǎng)有電與否進(jìn)行時(shí)鐘源切換的方法滿足了時(shí)鐘長期可靠精確計(jì)時(shí)的要求。

本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。

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