CN202676805U - 一种集成高精度实时时钟的电能表 - Google Patents

Abstract

一种集成高精度实时时钟的电能表，涉及一种电能表，包括有微处理器芯片、内部实时时钟、逐次比较型A/D转换器、温度传感器；MCU内部设有温度传感器，G1为晶体振荡器，G1与MCU的15及16引脚相连接；C12和C13为晶体振荡器的谐振电容，连接与G1与地之间；C14和C15为MCU的滤波电容，连接于MCU的第14引脚与地之间；智能卡接口符合ISO7816标准，直接与ESAM和IC卡相通；存储电路和显示电路通与MCU连接。通信与MCU直接连接。电能表在MCU内部建立温度补偿表，不需要外部总线操作，算法简单，读写速度快，对温度的补偿更加快速，提高实时时钟精度且只对MCU维持供电，因此更加节能环保。

Description

一种集成高精度实时时钟的电能表

技术领域

本实用新型涉及一种电能表，特别是涉及一种集成高精度实时时钟的电能表。

背景技术

在电力系统中，电能表的时钟非常重要，如果时钟走动不准确，首先给供电部门或者是用户造成的是极大的经济损失，对于分时计价的用户更是如此，同时，时钟不准确，如果是用户恶意窜改，又将成为复杂的窃电问题。如何保证电能表时钟精准度是智能电能表研发领域的重要课题。

目前国内广泛使用的智能电能表均带有实时时钟功能，现有技术是使用一个微处理芯片外加一颗专用实时时钟芯片，电能表通过I2C总线从专用实时时钟芯片读取当前日期和时间。专用实时时钟芯片内部具有温度补偿功能，自动根据外部温度调节时钟误差。虽然该方法具有设计简单，时钟精度高的优点，但也存在明显的缺陷：使用专用实时时钟芯片，提高产品的整体成本；实时时钟芯片及其外围电路，增了线路板设计的复杂度，同时增加了线路板的面积，从而增加产品的整合成本；专用实时时钟通常具有14个以上的引脚，连同外围器件总计多大30个焊点以上，增加了生产成本；外围电路复杂，不利于维修，增加了维修成本；专用实时时钟芯片需要独立电源供电，增加电能表的功耗。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种集成高精度实时时钟的电能表，该电能表在MCU内部建立温度补偿表，不需要外部总线操作，算法简单，读写速度快，对温度的补偿更加快速，提高实时时钟精度且只对MCU维持供电，因此更加节能环保。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集成高精度实时时钟的电能表，包括有微处理器芯片、内部实时时钟、逐次比较型A/D转换器、温度传感器；其MCU内部设有温度传感器，G1为晶体振荡器，频率为32.768KHz，G1与MCU的15及16引脚相连接；C12和C13为晶体振荡器的谐振电容，连接与G1与地之间；C14和C15为MCU的滤波电容，连接于MCU的第14引脚与地之间；微处理器芯片具有智能卡接口、I2C、SPI、UART接口；计量芯片通过SPI总线与MCU连接，IC卡接口电路和安全认证电路通过智能卡接口与MCU直接连接，该智能卡接口符合ISO7816标准，直接与ESAM和IC卡相通；存储电路和显示电路通过I2C总线与MCU连接；通信电路通过UART与MCU直接连接，按键电路通过MCU的IO引脚连接。

所述的一种集成高精度实时时钟的电能表，其所述温度传感器内置逐次比较型12位A/D转换器。

所述的一种集成高精度实时时钟的电能表，其所述MCU外接有晶体振荡器。

本实用新型的优点与效果是：

（1）MCU内部集成实时时钟、温度检测功能，降低产品成本；

（2）外围电路简单，节约线路板面积，降低了生产成本和加工成本，维修简单；

（3）通过软件算法对MCU内部时钟温度补偿，对每一电能表逐一校准，实时时钟精度高，在-45℃~+75℃范围内，时钟误差小于0.1秒/天，远高于国家电网要求1秒/天；

（4）在MCU内部建立温度补偿表，MCU从RAM读取数据，并将数据写入内部寄存器，不需要外部总线操作，算法简单，读写速度快，对温度的补偿更加快速，提高实时时钟精度；

（5）只对MCU维持供电，电能表功耗低，更加节能环保。

附图说明

图1是本实用新型硬件结构框图；

图2是本实用新型电路原理图；

图3是晶振频率随温度变化的误差曲线。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的高精度实时时钟相关部分的硬件电路如图2所示。图中MCU为微处理器芯片，具有内部实时时钟、逐次比较型A/D转换器、温度检测温度传感器；G1为晶体振荡器，频率为32.768KHz，G1与MCU的15及16引脚相连接，为MCU提供低速晶体振荡频率，MCU依据G1的振荡频率计算日期及时间；C12和C13为晶体振荡器的谐振电容，连接与G1与地之间；C14和C15为MCU的滤波电容，连接于MCU的第14引脚与地之间。

实时时钟补偿方法如下：

MCU内部带有温度传感器，通过内置逐次比较型12位A/D转换器检测当前环境温度传感器的电压值，并通过软件计算得到当前环境温度，计算温度的精度为±1℃。

实时时钟的精度只与32.768KHz晶体振荡器相关，晶体振荡器的频率温度特性曲线是以T.P为顶点的二次方程曲线，如图3所示，频率温度特性的近似公式如下：

                                             公式1

其中，

为二次温度系数，T为任意的温度，Ti为顶点的温度，T.P为顶点温度。

由于实际生产过程中制造工艺的原因，通过上面公式推导出的误差曲线与实际测量的误差曲线并不完全一致，通过大批量晶体振荡器的检测和计算，可以得出，实测频率温度曲线和通过公式1计算得出的曲线存在一定的误差，因此在公式1的基础上增加三次系数后，晶振频率温度曲线可用公式2表示：

                                     公式2

其中

为三次系数，

为二次系数，

为任意的温度，

为顶点温度。

按照公式2计算可得，在各温度下的晶体振荡器的误差，再依据各点的误差计算得出各温度点的补偿值，并在程序中建立温度补偿表，在电能表运行时不需要进行复杂去处，直接通过一次查表算法即可得到某一温度下的补偿值。

本实用新型的硬件电路结构如图1所示，微处理器使用Rohm公司的ML610Q495芯片，该芯片具有内部实时时钟及温度检测功能，并具有智能卡接口、I2C、SPI、UART等硬件接口。计量芯片通过SPI总线与MCU连接，IC卡接口电路和安全认证电路通过智能卡接口与MCU直接连接，该智能卡接口符合ISO7816标准，可直接与ESAM和IC卡通信。存储电路和显示电路通过I2C总线与MCU连接。通信电路通过UART与MCU直接连接，按键电路通过MCU的IO引脚连接。

MCU需要32.768KHz低速晶体振荡器维持实时时钟工作，所以需要外接一个32.678KHz的晶体振荡器，通常精度小于20ppm的晶体振荡器可以很好的满足实时时钟的要求。

电能表运行时，MCU通过A/D转换器读取电能表的当前温度，并依据当前环境温度通过查找温度补偿表，获得实时时钟的补偿值，MCU将该值写入温度补偿寄存器即可实现温度的补偿。

以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，凡在本实用新型的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种集成高精度实时时钟的电能表，包括有微处理器芯片、内部实时时钟、逐次比较型A/D转换器、温度传感器；其特征在于，MCU内部设有温度传感器，G1为晶体振荡器，频率为32.768KHz，G1与MCU的15及16引脚相连接；C12和C13为晶体振荡器的谐振电容，连接与G1与地之间；C14和C15为MCU的滤波电容，连接于MCU的第14引脚与地之间；微处理器芯片具有智能卡接口、I2C、SPI、UART接口；计量芯片通过SPI总线与MCU连接，IC卡接口电路和安全认证电路通过智能卡接口与MCU直接连接，该智能卡接口符合ISO7816标准，直接与ESAM和IC卡相通；存储电路和显示电路通过I2C总线与MCU连接；通信电路通过UART与MCU直接连接，按键电路通过MCU的IO引脚连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成高精度实时时钟的电能表，其特征在于，所述温度传感器内置逐次比较型12位A/D转换器。

3.根据权利要求1所述的一种集成高精度实时时钟的电能表，其特征在于，所述MCU外接有晶体振荡器。

Images