CN112748271A - 一种电能表及该电能表的电量计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表，包括MCU和计量芯片，其特征在于：所述MCU和计量芯片之间串口通信而能接收计量芯片输出的脉冲，所述电能表还包括由MCU驱动的脉冲灯。还公开了一种所述电能表的电量计量方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：由MCU直接驱动脉冲灯，由此可对脉冲更为灵活的处理，以便提升电能表电能计量的最小刻度，使得电能表表实现高精度计量的同时，在每次上下电过程中减少丢失的电量，有利于提升计费精准度和降低电网的线损；脉冲数的处理方式：高频脉冲信号掉电保存，上电恢复，保证了电能尾数的不丢失；MCU通过中断的方式检测计量芯片给出的脉冲信号，通过下降沿触发的方式保证响应的及时性。

Description

一种电能表及该电能表的电量计量方法

技术领域

本发明涉及电能计量技术，尤其是一种电能表，以及该电能表的电量计量方法。

背景技术

随着经济的快速发展，生产生活的自动化智能化越来越被人们依赖，而这些都离不开对电力的需求。电力终端作为电网终端的一环，规模也在不断扩大。而电能表是一种非常重要的电力终端。

目前电能表基本的设计方案是包括MCU1’和计量芯片2’，脉冲灯3’由计量芯片2’驱动，参见图1，其中，计量芯片2’负责电能计量并输出电能脉冲，脉冲在驱动脉冲灯3’的同时(用于脉冲校表)，也同步输出给MCU1’(单片机)，MCU1’通过中断触发的方式接收并累计脉冲个数，按照电表脉冲常数推算当前电量。

如申请号为201410851206.5的中国专利公开的一种零功耗射频读表的电能表，其包括电能表主控电路、EEPROM模块电路和射频天线，其中电能表主控电路是电能表的核心部分，包括微处理器模块、计量模块、485通信模块、液晶显示模块、继电器控制模块，电能表主控电路完成计量、通信、显示、控制功能，其中电能计量模块包括计量芯片U2、晶振电路、电流和电压采样电路、脉冲灯电路。

上述的现有技术的方案存在两个缺陷：

1)电量尾数的丢失：

由于只有达到一个计量脉冲才会输出给MCU，而小于一个计量脉冲的电量仍在计量芯片中，计量芯片没有掉电保存数据的功能，每次上下电过程中小于一个脉冲的电量无法保存而丢失。

2)无法做到高精度电能：

同样由于最小刻度为一个计量脉冲，每个计量脉冲所代表的的电量为“1/脉冲常数”，无法做到DL/T698协议中要求的高精度电能(最小刻度要求0.0001kwh)，例如脉冲常数为500imp/kwh的单相电能表，每个计量脉冲代表的电量是0.002kwh，这决定了电表的最小刻度，高精度电能的最后一位(第四位)一般用补零处理，影响结算，尤其是对多次结算的充电桩表。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种电能表，使得对脉冲的处理较为灵活，便于在此基础上提升电能表电能计量精度并防止电能丢失。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述电能表的电量计量方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种电能表，包括MCU和计量芯片，其特征在于：所述MCU和计量芯片之间串口通信而能接收计量芯片输出的脉冲，所述电能表还包括由MCU驱动的脉冲灯。

为便于实现计量芯片和MCU之间除脉冲外的信息交互，如电压、电流、功率等信息的获取，计量芯片与MCU通过UART或者SPI串口实现通信。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)电能表上电；

2)恢复数据：恢复第一脉冲常数C1、扩频系数N和脉冲数X；

3)将C2＝(C1*N)记为第二脉冲常数，按第二脉冲常数初始化电能表的计量芯片；

4)MCU判断是否有脉冲中断，如果是，进入步骤5)；如果否，进入步骤8)；

5)累加脉冲数：X＝X+1；

6)判断X＞C2/100是否成立，如果是，则电量＝电量+0.01kwh，进入步骤7)；如果否，进入步骤8)；

7)脉冲数：X＝X-C2/100；

8)MCU判断是否发生掉电，如果是，保存当前的X，然后退出；如果否，则回到步骤4)。

为确保响应的及时性，在步骤4)中，脉冲的触发方式为下降沿触发。

防止干扰或者意外抖动，在步骤4)中，中断程序中连续判断n次，每次都是低电平则认为本次脉冲有效，存在脉冲中断。

为达到不丢电量尾数的效果，N的最小值为20。

为避免减小脉宽而影响识别效果，N的最大值为100。

进一步地，为使得MCU对接收到的高频脉冲能够驱动脉冲灯，MCU对从计量芯片接收到的脉冲进行分频处理，分频系数与扩频系数N相同，输出分频后的脉冲驱动脉冲灯闪烁。

为便于确保数据的准确性和实时性，所述MCU包括RAM，运行时电量在RAM中运算，并通过CRC校验保证合法性，使用后重新生成CRC。

在步骤8)中，每次发生掉电时，把电量数据备份到外部存储器；在整个计量的过程中，所述MCU根据等间隔或者等电量，把电量数据写入到外部存储器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：由MCU直接驱动脉冲灯，由此可对脉冲更为灵活的处理，以便提升电能表电能计量的最小刻度，使得电能表表实现高精度计量的同时，在每次上下电过程中减少丢失的电量，有利于提升计费精准度和降低电网的线损；脉冲数的处理方式：高频脉冲信号掉电保存，上电恢复，保证了电能尾数的不丢失；MCU通过中断的方式检测计量芯片给出的脉冲信号，通过下降沿触发的方式保证响应的及时性；MCU开辟RAM区、EEPROM、FLASH中开辟三份数据存储区存储电量，一份损坏可以由另一份恢复，一个器件故障也能保证表计正常运行，增加可靠性。

附图说明

图1为现有技术的电能表的原理框图；

图2为本发明实施例的电能表的原理框图；

图3为本发明实施例的电能表计量方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图2，一种电能表，为智能电能表，包括MCU1、计量芯片2和脉冲灯3，MCU1和计量芯片2之间为串口通信，脉冲灯3能接收MCU1的信号，从而由MCU1驱动。计量芯片2与MCU1通过UART或者SPI串口交互数据，实现除脉冲外的信息交互，如电压、电流、功率等信息的获取。

MCU1包括RAM区、EEPROM和FLASH，在上述三个存储区中开辟三份数据，在运行中电量在RAM中运算，并通过CRC校验保证合法性，做到每个数据使用前校验，使用后重新生成CRC。为确保电能表在故障时重要数据不丢失，每次掉电都必须把电量数据，尤其是重要的数据备份到外部存储器，同时在电能表的计量过程中，MCU1需要等间隔(如每1小时)或者等电量(每1kwh)，把电量数据，尤其是重要的数据写入到外部存储器，外部存储器包括EEPROM和FLASH。写入数据都带CRC，一份损坏可以由另一份恢复，一个器件故障也能保证表计正常运行，增加可靠性。

现有技术中，计量芯片2脉冲输出频率较低，与电能表脉冲常数一致，脉冲常数个脉冲为1kwh电量。在本发明中，将计量芯片2脉冲输出频率提高，是现有脉冲常数的N倍，N为扩频系数。电能在累加时，原方案计量芯片脉冲输出频率低，与电表脉冲常数一致。本发明的方案脉冲输出频率高，是脉冲常数(为标准的脉冲常数，不同规格的电能表，脉冲常数也不同)的N倍，脉冲常数N倍的脉冲个数为1kwh电量。这里的脉冲指的是输出给MCU1的脉冲。N＞1，N的取值范围优选的为20～100，最小值的确定：目前电量最低显示精度为2位小数，为达到不丢电量尾数的效果，至少扩大后的脉冲常数为4位小数，如500imp/kwh表，因此N最小取值20；最大值的确定：理论上N越大越好，但过大会减小脉宽，从而影响识别效果，因此优选的最大值为100。

计量芯片2的脉冲输出频率可以通过计量芯片2的寄存器设置实现，原先标准对计量精度要求不高，管理比较粗放，每次上下电允许丢失小于一个脉冲的电量，但随着IR46国际标准在国内落地执行，DL/T698协议对高精度电能要求的提升以及电力公司对线损考核的加强，因此对设计提出了更高的要求。

如上所述，现有技术中，计量芯片2发送到MCU1的脉冲记为第一脉冲，第一脉冲体现的为脉冲常数个脉冲为1度电。而在本发明中，计量芯片2发送到MCU1的脉冲记为第二脉冲，第二脉冲体现的为脉冲常数N倍个脉冲才是1度电。在同样功率下，第二脉冲输出频率是第一脉冲的N倍。

计量芯片2输出脉冲后，不直接驱动脉冲灯3，而是只输出到MCU1，MCU1以中断触发的方式接收脉冲保证实时性，由于接收的是高频脉冲，MCU1需要做分频处理，分频系数与扩频系数N相同，输出分频后的脉冲驱动脉冲灯3闪烁。MCU1内部存储的脉冲个数是第二脉冲，即N倍脉冲常数，每次上下电对第二脉冲进行保存和恢复，每次丢失的电量为原来的1/N。

例如脉冲常数为500imp/kwh的单相电能表，每次上下电最多可以丢失1个脉冲，相当于0.002kwh电量，通过本发明的优化，使每次上下电丢失的电量小于0.0001kwh，提升效果20倍。

MCU1对接收到的脉冲进行电量累计，通过下降沿触发的方式保证响应的及时性。如按1个脉冲为0.0001kwh进行累计，同时要保证电能表脉冲常数的正确性，MCU1需要对脉冲数进行分频，仍以脉冲常数为500imp/kwh的单相电能表为例，10000/500＝20，也就是每20个脉冲驱动脉冲灯3一次。

考虑到保存器件的写入次数限制，选择1kwh保存一次，同时每次上下电对当前电量和小于1kwh的脉冲数进行保存。每次掉电也会在计量芯片2端丢失小于0.0001kwh电量，与原先相比效果提升20倍，满足了DL/T698协议提出的高精度电能的要求。此外，这种写入方式还实现了数据可靠性和存储器件擦写寿命之间的平衡，虽然电量每变动一个最小刻度都写外部存储器最可靠，但存储器件的写入次数限制不允许，长时间不写入外部存储器又担心异常复位时电量数据的丢失。

参见图3，具体的，本发明的电能表的电量计量方法，包括如下步骤：

1)电能表上电；

2)恢复数据：恢复第一脉冲常数C1、扩频系数N和脉冲数X；

3)将C2＝(C1*N)记为第二脉冲常数，按第二脉冲常数初始化电能表的计量芯片2，由此，计量芯片2此后输出脉冲时，以第二脉冲常数作为脉冲常数进行脉冲的输出；

4)MCU1判断是否有脉冲中断，由于脉冲速率提升后，容易受到外部干扰，因此处理脉冲的触发方式为下降沿触发，可以保证及时性，可连续判断n次，每次都是低电平才认为本次脉冲有效，n优选的取值范围为2＜n＜5，如可以为3次，可有效防止干扰或者意外抖动，如果是(有脉冲)，进入步骤5)；如果否，进入步骤8)；

5)累加脉冲数X＝X+1；

6)判断X＞C2/100是否成立，如果是，则电量＝电量+0.01kwh，进入步骤7)；如果否，进入步骤8)；

7)脉冲数：X＝X-C2/100；

8)MCU1判断是否发生掉电，如果是，保存脉冲数，然后退出；如果否，则回到步骤4)。

Claims (10)

1.一种电能表，包括MCU(1)和计量芯片(2)，其特征在于：所述MCU(1)和计量芯片(2)之间串口通信而能接收计量芯片(2)输出的脉冲，所述电能表还包括由MCU(1)驱动的脉冲灯(3)。

2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于：计量芯片(2)与MCU(1)通过UART或者SPI串口实现通信。

3.一种如权利要求1或2所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)电能表上电；

2)恢复数据：恢复第一脉冲常数C1、扩频系数N和脉冲数X；

3)将C2＝(C1*N)记为第二脉冲常数，按第二脉冲常数初始化电能表的计量芯片(2)；

4)MCU(1)判断是否有脉冲中断，如果是，进入步骤5)；如果否，进入步骤8)；

5)累加脉冲数：X＝X+1；

6)判断X＞C2/100是否成立，如果是，则电量＝电量+0.01kwh，进入步骤7)；如果否，进入步骤8)；

7)脉冲数：X＝X-C2/100；

8)MCU(1)判断是否发生掉电，如果是，保存当前的X，然后退出；如果否，则回到步骤4)。

4.根据权利要求3所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：在步骤4)中，脉冲的触发方式为下降沿触发。

5.根据权利要求4所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：在步骤4)中，中断程序中连续判断n次，每次都是低电平则认为本次脉冲有效，存在脉冲中断。

6.根据权利要求3所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：N的最小值为20。

7.根据权利要求3所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：N的最大值为100。

8.根据权利要求6或7所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：MCU(1)对从计量芯片(2)接收到的脉冲进行分频处理，输出分频后的脉冲驱动脉冲灯(3)闪烁。

9.根据权利要求3所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：所述MCU(1)包括RAM，运行时电量在RAM中运算，并通过CRC校验保证合法性，使用后重新生成CRC。

10.根据权利要求9所述的电能表的电量计量方法，其特征在于：在步骤8)中，每次发生掉电时，把电量数据备份到外部存储器；在整个计量的过程中，所述MCU(1)根据等间隔或者等电量，把电量数据写入到外部存储器。

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