CN105866530B - 基于电能计量芯片的电量计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子电路技术领域，提供一种基于电能计量芯片的电量计量方法，以解决目前的电量计量方法误差较大的问题，该方法包括：判断存储器内是否存储有电量参考值，如果有则读取该电量参考值，反之则连接电能计量芯片和参考负载进行校正以获取电量参考值和电量参考周期值；切换负载，接收电能计量芯片发送的脉冲信号，当脉冲信号为功率脉冲信号时，触发功率采样中断，当脉冲信号为电压脉冲信号时，触发电压采样中断，当脉冲信号为电流脉冲信号时，触发电流采样中断。本发明提出的技术方案能够实时的计算出当前电量的各种实际值，通过校正处理大大的降低了采样器件带来的误差。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种基于电能计量芯片的电量计量方法。
背景技术
目前，家电设备电量计量大多采用的方法是：把设备的电源线穿过电压或电流互感器，经过采样电路转换成相应的模拟信号电压值，同时和使用专业的电压和电流测量仪表检测到的实际的电压或电流值进行匹配，建立一个数组对应表(模拟)，通过查表的方式获取所需的电压或电流值，而功率则通过公式P＝U*I获得，其中U为电压值，I为电流值，P为功功率值。
采用上述查表方式获取的电量参数值会与实测的值存在有很大的误差，而且每个采样电路的器件自身精度都不相同也会给测量带来误差。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种基于电能计量芯片的电量计量方法，以解决目前的电量计量方法误差较大的问题。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种基于电能计量芯片的电量计量方法，包括步骤：
A、判断存储器内是否存储有电量参考值，如果有则读取该电量参考值，反之则连接电能计量芯片和参考负载进行校正以获取电量参考值和电量参考周期值，所述电量参考值包括功率参考值、电压参考值和电流参考值，所述电量参考周期值包括功率参考周期值、电压参考周期值和电流参考周期值；
B、切换负载，接收电能计量芯片发送的脉冲信号，当脉冲信号为功率脉冲信号时，转入步骤C，当脉冲信号为电流脉冲信号时，转入步骤D，当脉冲信号为电压脉冲信号时，转入步骤E；
C、进入功率采样中断，将单个功率脉冲测量时间清零，每接收到一个功率脉冲信号，功率脉冲计数值加一，当功率脉冲计数值非零时执行功率时间中断，将功率测量周期时间加一，单个功率脉冲测量时间加一，当功率测量周期时间累计达到预设功率测量周期时间阈值时，判断此时的功率脉冲计数值是否为1，如果是则采用功率单周期测量模式进行测量，反之则采用功率脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤F；
D、进入电流采样中断，将单个电流脉冲测量时间清零，每接收到一个电流脉冲信号，电流脉冲计数值加一，当电流脉冲计数值非零时执行电流时间中断，将电流测量周期时间加一，单个电流脉冲测量时间加一，当电流测量周期时间累计达到预设电流测量周期时间阈值时，判断此时的电流脉冲计数值是否为1，如果是则采用电流单周期测量模式进行测量，反之则采用电流脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤G；
E、进入电压采样中断，将单个电压脉冲测量时间清零，每接收到一个电压脉冲信号，电压脉冲计数值加一，当电压脉冲计数值非零时执行电压时间中断，将电压测量周期时间加一，单个电压脉冲测量时间加一，当电压测量周期时间累计达到预设电压测量周期时间阈值时，判断此时的电压脉冲计数值是否为1，如果是则采用电压单周期测量模式进行测量，反之则采用电压脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤H；
F、如果测量模式为功率单周期测量模式，则把当前存储的功率脉冲周期值赋给周期参数，如果测量模式为功率脉冲计数测量模式，则把当前存储的功率脉冲周期值/(功率脉冲计数值-1)所得的值赋给功率周期参数，通过计算功率参考值*功率参考周期值/功率周期参数得到当前的功率值并返回步骤A；
G、如果测量模式为电流单周期测量模式，则把当前存储的电流脉冲周期值赋给电流周期参数，如果测量模式为电流脉冲计数测量模式，则把当前存储的电流脉冲周期值/(电流脉冲计数值-1)所得的值赋给电流周期参数，通过计算电流参考值*电流参考周期值/电流周期参数得到当前的电流值并返回步骤A；
H、如果测量模式为电压单周期测量模式，则把当前存储的电压脉冲周期值赋给电压周期参数，如果测量模式为电压脉冲计数测量模式，则把当前存储的电压脉冲周期/(电压脉冲计数值-1)所得的值传给赋给电压周期参数，通过计算电压参考值*电压参考周期值/电压周期参数得到当前的电压值并返回步骤A。
作为一种优选的实施方式，所述步骤A中通过校正获取功率参考值的方法为：将校正时间和功率脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的功率脉冲信号后，触发采样中断，功率脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的功率脉冲计数值之间的比值作为功率参考周期值、将当前的功率脉冲计数值作为功率参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的功率脉冲信号；
所述步骤A中通过校正获取电压参考值的方法为：将校正时间和电压脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的电压脉冲信号后，触发采样中断，电压脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的电压脉冲计数值之间的比值作为电压参考周期值、将当前的电压脉冲计数值作为电压参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的电压脉冲信号；
所述步骤A中通过校正获取电流参考值的方法为：将校正时间和电流脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的电流脉冲信号后，触发采样中断，电流脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的电流脉冲计数值之间的比值作为电流参考周期值、将当前的电流脉冲计数值作为电流参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的电流脉冲信号。
作为另一种优选的实施方式，所述参考负载为交流电压220V、功率1000W的电源。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明能够实时的计算出当前电量的各种实际值，通过校正处理大大的降低了采样器件带来的误差，另外，本发明无需通过查表方式获得的近似经值，因此测量值的精度较高，大大降低了计算误差。
(2)本发明采用中断方式进行数据采集，大大减少了主控制器的资源占用率，提高了系统整体的运算速度。
附图说明
图1为本发明的实施例一提供的基于电能计量芯片的电量计量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
实施例
本发明实施例提供一种基于电能计量芯片的电量计量方法。
本实施例中，校正所使用的参考负载为交流电压220V、功率1000W、电流4545mA的标准电源；待测量的交流负载的功率为40W，实测的脉冲周期都是使用专业设备测量得到，需要说明，脉冲的采样中断的触发方式可以是上升沿触发或者是下降沿触发，具体地触发方式根据实际的隔离电路进行选择。本实施例中方法所采用的系统包括电能计量芯片和与其连接的控制器，具体，本实施例采用单片机作为控制器，该电能计量芯片与负载连接。
具体地，本实施例中的方法包括以下步骤：
(1)获取电量参考值
本实施例中，假设并无可用参考值，则需要连接参考负载进行校正。如图1，开机后，首先是进行ROM初始化，然后判断ROM内是否有可用的电量参考值，如果没有则进入校正模式；进入校正模式时，首先校正时间清零，所有脉冲计数清零；接收到计量芯片发过来脉冲信号(上升沿或下降沿触发)，触动采样中断，脉冲计数值+1；1ms时间到后执行时钟中断函数，校正时间+1，然后执行循环，直到校正时间到达3600毫秒(3.6秒)，计算得到参考周期值＝1/(累计的脉冲计数)。具体地，本实施例中，测量得到功率的脉冲计数值为871，则其功率的参考周期值为(3.6/871)秒，结果约为4133us；测量到电压的脉冲计数2424，则其电压参考周期值为(3.6/2424)秒，结果约为1482us；测量到电流的脉冲计数为2260，则其电流参考周期值为(3.6/2260)秒，结果约为1593us。
(2)功率测量
通过步骤(1)，接入参考负载校正得到了电量参考值，因此步骤(2)首先切换负载为待测量的40W交流负载，然后进行电量参数测量，实测功率的脉冲周期为103ms。1ms时钟中断函数开机以后就一直执行。进入1ms时钟中断后，首先判断是否有校正模式标记，由于之前已经获取到电量参考值，所以运行到下一步；只要接收到功率脉冲信号，则功率测量时间+1，单个功率脉冲测量时间+1，当功率测量时间累计到达100ms时，进行采样模式判断；由于实测功率的脉冲周期为103ms大于100ms，所以功率脉冲计数值小于2，满足判断条件，功率测量模式设置为功率单周期测量模式；同时，只要接收到功率脉冲信号，就进入功率采样中断，进入功率采样中断后，单个功率脉冲测量时间＝0，功率脉冲计数值+1；由于功率测量模式为功率单周期测量模式，因此，存储当前的功率测量周期时间(103ms)作为功率测量周期时间阈值，存储当前功率测量模式，存储当前的功率脉冲溢出标记，然后就是功率脉冲溢出标记清零，功率脉冲测量时间清零，功率测量单次周期清零，功率脉冲计数值置为1，跳转到判断当前模式是否为校正模式，由于当前为正常测量模式，则继续执行下一步，当前为正常测量模式，则功率脉冲计数值+1，然后判断功率脉冲计数值是否达到0.01度脉冲参考值(该值由校正模式得到)，如果是则脉冲计数清零，用电量0.01度+1。然后进入功率计算环节，由于当前为单周期功率测量模式，则把当前存储的功率脉冲周期值传给P_Period＝103，通过计算当前功率值＝参考功率值*功率参考周期值/(P_Period*1000)得到当前的功率值为1000*4133/(103*1000)＝40.12W。
(3)电压测量
本例中，实测电压脉冲周期为1483us。进入1ms时钟中断后，首先判断是否有校正模式标记，由于之前已经获取到参考值，所以运行到下一步；只要接收到电压脉冲信号，则电压测量时间+1，单个电压脉冲测量时间+1，当电压测量时间累计到达100ms时，选择采样模式；由于实测电压的脉冲周期为1482us远小于100ms，通过电压采样中断得到电压脉冲计数为136大于2，因此将电压测量模式设置为电压脉冲计数测量模式；同时，只要接收到电压脉冲信号，就进入电压采样中断，进入电压采样中断后，单个电压脉冲测量时间＝0，电压脉冲计数值+1；进入电压计数脉冲测量模式进行测量后，如果当前的电压测量周期大于等于200ms时，存储当前的电压测量周期时间，存储当前电压测量模式，存储当前的电压脉冲计数，存储当前的电压脉冲溢出标记，然后就是电压脉冲溢出标记清零，电压脉冲测量时间清零，电压测量单次周期清零，电压脉冲计数＝1。之后进入电压计算环节，由于当前为电压脉冲计数测量模式，则V_Period＝当前存储的电压脉冲周期值/(当前的电压脉冲计数-1)，通过计算当前电压值＝参考电压值*参考电压参考周期值/(V_Period*1000)得到当前的电压值为220*1482/(200/(136-1)*1000)＝220V。
(4)电流测量
本实施例中，实测电流脉冲周期为4120us。进入1ms时钟中断后，首先判断是否有校正模式标记，由于之前已经获取到参考值，所以运行到下一步；只要接收到电流脉冲信号，则电流测量时间+1，单个电流脉冲测量时间+1，当电流测量时间累计到达100ms时，选择采样模式；由于实测电流的脉冲周期为4120us远小于100ms，通过电流采样中断得到电流脉冲计数为26大于2，因此将电流测量模式设置为电流脉冲计数测量模式；同时，只要接收到电流脉冲信号，就进入电流采样中断。进入电流采样中断后，单个电流脉冲测量时间＝0，电流脉冲计数值+1；由于电流测量模式为电流脉冲计数测量模式，则进入计数脉冲测量模式，如果当前的电流测量周期不小于1s，则存储当前的电流测量周期时间，存储当前电流测量模式，存储当前的电流脉冲计数值，存储当前的电流脉冲溢出标记，然后就是电流脉冲溢出标记清零，电流脉冲测量时间清零，电流测量单次周期清零。之后，进入电流计算环节，由于当前为电流计数脉冲测量模式，则I_Period＝当前存储的电流脉冲周期值/(当前的电流脉冲计数值-1)，通过计算当前电流值＝参考电流值*电流参考周期值值/(I_Period*1000)得到当前的电流值为4545*1593/(1030/(26-1)*1000)＝175.7mA。
从以上实施例可以看出，本发明实施例能够实时的计算出当前电量的各种实际值，通过校正处理大大的降低了采样器件带来的误差，另外，本发明无需通过查表方式获得的近似经值，因此测量值的精度较高，大大降低了计算误差；另外，本发明采用中断方式进行数据采集，大大减少了主控制器的资源占用率，提高了系统整体的运算速度。
需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于电能计量芯片的电量计量方法，其特征在于包括步骤：
A、判断存储器内是否存储有电量参考值，如果有则读取该电量参考值，反之则连接电能计量芯片和参考负载进行校正以获取电量参考值和电量参考周期值，所述电量参考值包括功率参考值、电压参考值和电流参考值，所述电量参考周期值包括功率参考周期值、电压参考周期值和电流参考周期值；
B、切换负载，接收电能计量芯片发送的脉冲信号，当脉冲信号为功率脉冲信号时，转入步骤C，当脉冲信号为电流脉冲信号时，转入步骤D，当脉冲信号为电压脉冲信号时，转入步骤E；
C、进入功率采样中断，将单个功率脉冲测量时间清零，每接收到一个功率脉冲信号，功率脉冲计数值加一，当功率脉冲计数值非零时执行功率时间中断，将功率测量周期时间加一，单个功率脉冲测量时间加一，当功率测量周期时间累计达到预设功率测量周期时间阈值时，判断此时的功率脉冲计数值是否为1，如果是则采用功率单周期测量模式进行测量，反之则采用功率脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤F；
D、进入电流采样中断，将单个电流脉冲测量时间清零，每接收到一个电流脉冲信号，电流脉冲计数值加一，当电流脉冲计数值非零时执行电流时间中断，将电流测量周期时间加一，单个电流脉冲测量时间加一，当电流测量周期时间累计达到预设电流测量周期时间阈值时，判断此时的电流脉冲计数值是否为1，如果是则采用电流单周期测量模式进行测量，反之则采用电流脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤G；
E、进入电压采样中断，将单个电压脉冲测量时间清零，每接收到一个电压脉冲信号，电压脉冲计数值加一，当电压脉冲计数值非零时执行电压时间中断，将电压测量周期时间加一，单个电压脉冲测量时间加一，当电压测量周期时间累计达到预设电压测量周期时间阈值时，判断此时的电压脉冲计数值是否为1，如果是则采用电压单周期测量模式进行测量，反之则采用电压脉冲计数测量模式测量，测量结束后转入步骤H；
F、如果测量模式为功率单周期测量模式，则把当前存储的功率脉冲周期值赋给周期参数，如果测量模式为功率脉冲计数测量模式，则把当前存储的功率脉冲周期值/(功率脉冲计数值-1)所得的值赋给功率周期参数，通过计算功率参考值*功率参考周期值/功率周期参数得到当前的功率值并返回步骤A；
G、如果测量模式为电流单周期测量模式，则把当前存储的电流脉冲周期值赋给电流周期参数，如果测量模式为电流脉冲计数测量模式，则把当前存储的电流脉冲周期值/(电流脉冲计数值-1)所得的值赋给电流周期参数，通过计算电流参考值*电流参考周期值/电流周期参数得到当前的电流值并返回步骤A；
H、如果测量模式为电压单周期测量模式，则把当前存储的电压脉冲周期值赋给电压周期参数，如果测量模式为电压脉冲计数测量模式，则把当前存储的电压脉冲周期/(电压脉冲计数值-1)所得的值传给赋给电压周期参数，通过计算电压参考值*电压参考周期值/电压周期参数得到当前的电压值并返回步骤A；
步骤A中通过校正获取功率参考值的方法为：将校正时间和功率脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的功率脉冲信号后，触发采样中断，功率脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的功率脉冲计数值之间的比值作为功率参考周期值、将当前的功率脉冲计数值作为功率参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的功率脉冲信号；
步骤A中通过校正获取电压参考值的方法为：将校正时间和电压脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的电压脉冲信号后，触发采样中断，电压脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的电压脉冲计数值之间的比值作为电压参考周期值、将当前的电压脉冲计数值作为电压参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的电压脉冲信号；
步骤A中通过校正获取电流参考值的方法为：将校正时间和电流脉冲计数值清零；当接收到电能计量芯片发送的电流脉冲信号后，触发采样中断，电流脉冲计数值加一，校正时间加一；判断校正时间是否达到预设的最大校正时间值，如果达到预设的最大校正时间值则将最大校正时间值与当前的电流脉冲计数值之间的比值作为电流参考周期值、将当前的电流脉冲计数值作为电流参考值，反之则继续接收电能计量芯片发送的电流脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的基于电能计量芯片的电量计量方法，其特征在于所述参考负载为交流电压220V、功率1000W的电源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |