576923 A7 _ B7 五、發明説明（1) 發明頜域 本發明有關於能量測量，更特定地，有關於固態電量 測量。 發明背景 電表被用以測量能量。這類電表須是可靠、成本低且 精確。又，吾人喜歡電表是可規畫，以加或減功能。 連到電線的單相的負載消耗的能量的測量通常以機械 式電表執行，機械式電表有一盤，盤的轉速有關於消耗的 能量。一機械記錄器被盤驅動。特定地，機械記錄器包括 若干齒輪及一顯示器。這些齒輪連到並被盤驅動，且這些 齒輪驅動顯不器。顯不器指示千瓦小時。 這類機械式電表極是可靠且成本低。然而，機械式電 表只顯示有限資料，例如千瓦小時，且不是可規畫，舉例 而言，在工作場地安裝這類電表時，不易加功能給這類電 表。 包括電子記錄器的電表通常被用以測量商用及小型工 業負載並被用在一些住家中。電子記錄器測量消耗的能量 及其他計費時有用的値，例如需求及每時使用時間。這類 電表有一般及一光學組件，盤旋轉且其轉速有關於消耗的 能量’一光學組件產生電脈衝而電脈衝速率正比於盤的轉 速。這些脈衝被送到電子記錄器以計算消耗的能量。這類 電表被稱爲電機式（electro-mechanical )電表，因用一機 械盤執行測量功能並用一電子記錄器執行記錄功能。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —J. H —Γ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 576923 A7 ____ B7 _ 五、發明説明（2) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電機式電表比機械式電表提供更多處理能力及測量的 量。電機式電表更有柔性，因能加或減功能。舉例而言， 電子需求記錄器及使用時間記錄器被做成分開的、可互換 的模組，依所要的功能把它們固定.在電表殼中。 用電子零件（亦即無轉盤）的電表有時被稱爲固態電 表。這類電表比機械式電表有更高製造成本，並因此通常 只被用在高能應用中，例如只在工業場所。 吾人想提供一種固態家用電表，它不只是可靠的並精 確的，且與單相機械式電表比有成本競爭力。吾人想提供 一種家用電表，它有柔性，因電表功能在使用場所升級及 降級而不必把它拆走。爲安裝額外或不同功能，可能須重 •新程式化在電表中的處理器。重新程式化可能要求分解電 表並把處理器拆走以重新程式化並甚至可能要求把電表從 使用場所拆走。 發明槪述 在本發明的一實施例中，一種重新程式化一個電表的 經濟/部智慧財產局員工消費合作社印製 方法包括在電表起動（P〇.wer-up )時程式化此電表以接受 、一 使用者碼重新程式化並提供使用者碼重新程式化給電表控 制程式。電表被規畫成：在起動時，執行處理器開機負載 器碼（在處理器開機時，提供使用者碼的光學負載給處理 器記憶體）而接受使用者碼。 此方法允許使用者輕易且迅速重新程式化電表處理器 。電表使用者因此能加或減功能及選項而不分解電表或停 -5· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 576923 A7 B7 五、發明説明（3 ) 止它的服務。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在本發明的另一實施例中，一固態單相電表有電表板 及數値訊號處理器（DSP)，電表板有若干過濾器以過 濾電壓及電流訊號，D S P把過濾的類比訊號及電流訊號 轉換成數値訊號並用數値訊號及電流訊號進行測量量（ metering quantity )計算。 電表板還有一平行介面，以致電表板能與至少一選用 板通訊。能提供多種選用板，每一種選用板被規畫以提供 額外功能。更特定地，並在作業中，電表板D S P與選用 板經平行介面.以主僕（master-slave )控制模式通訊，電表 板當作僕而選用板當作主。 電表板當作僕且選用板當作主的電表架構允許使用者 依所想輕易並迅速重新規畫電表功能。特定地，把含所要 的功能的選用板固定到電表板，立即規畫電表以執行所要 的功能。這種架構不需要電表的重新程式化或分解。又， 對測量典型單相負載而言，這種電表是準確的、可靠的、 成本低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 既式簡t 圖1是固態單相電表的方塊圖。 圖2顯示在電表板與選用板之間的平面介面。 圖3是圖1及2所示的平行介面的選用板連接器針定 義(option board connector pin definitions )表格。 圖4顯示一個表格，其槪述一片選用板經圖1及2所 用中.國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐)^ 576923 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ B7五、發明説明（4) 示的介面執行的傳送。 圖5顯示一個表格，其槪述電表板（當作僕）經圖1 及2所示的介面執行的傳送。 元件對照表 1〇：固態電表 1 2 :電表板 1 4 :選用板 1 6 :平行介面 .2 0 :電壓感應器 2 2 :電流感應器 2 4 :類比過濾器 3 0 :數値訊號處理器 3 2 :顯示器 3 4 :顯示器驅動器 3 6 :光學通訊接口 3 8 :光學通訊接口驅動器 4 0 :可電子地擦掉的可程式化的唯讀記憶體 4 2 :電源 5 0 :八位元雙向平行匯流排 5 2 :資料選通線S T B _〇P 丁 5 4 :匯流排控制線B U S _ C T R L 5 6 :資料選通線S T B — Μ E T 6 0 :連接針 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） --——- - f V 二------ ΙΓ-— - - 1 = I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 576923 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ B7 _五、發明説明（5) 6 2 ··電力針+ V D 64:電力針V_〇PT 66 ··訊號 P〇WER_FAIL 6 8 :連接器S 1 7 0 :連接器S 2 7 2 :發射器連接器OPT I C〇M_TX 74:接收器連接器SC IRX 76:連接器FULSE_DIS 7 8 :連接器 TENTHWATTHOUR .8 0 :連,接器 R E S E T 8 2 :連接器 BATTERY( + ) 8 4 ••連接器 DGND/BATTERY(-) 8 6 :連接器 發明詳述 本發明的描述以電表爲例，但應瞭解本發明不限於與 電表有關的實際應用。本發明能用於一般測量設備，且不 限於電表。 圖1是固態電表1 0的方塊圖。電表1 0包含電表板 1 2及選用板1 4藉平行介面1 6相連。電表板1 2包括 電壓感應器2 0及電流感應器2 2。感應器2 0及2 2通 常從多相電線（未被顯示）接收輸入類比電壓及電流訊號 。用類比過濾器2 4過濾從感應器2 0及2 2而來的訊號 並用數値訊號處理器（D S P ) 3 0把它們轉換成數値訊 本紙張尺度適用中國國家¥準（CNS ) A4規格（210X297公釐） "" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 576923 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6) 號。 在另一實施例中，感應器2 0及2 2連到分開的類比 到數値（A / D )轉換器，A / D轉換器把輸入類比電壓 及電流訊號轉換成數値訊號，且D S P 3 0對這些數値 訊號取樣。在A / D轉換中，雜訊藉類比過濾器2 4阻抗 被導入電表板1 2，導致非線性轉換。如在此技術領域中 已知，被動式過濾器（由若干電阻器及若干電容器或電感 器組成）可能用以減少輸入雜訊。甚至可能用主動式過濾 器（由若干有迅速旋轉率的放大器組成）獲得更高準確性 及轉換線性。， D S P執行測量量（metering quantity )計算並用數値 電壓及電流値執行。舉例而言，DSP 30執行範圍切 換邏輯以補償磁滯現象並減少刻度錯誤。轉換的訊號的準 確性也因用數値過濾及取樣技術而增。舉例而言，在.一實 施例中，D S P 3 0用若干數値過濾器及抖動器（dither )使輸入訊號平順。D S P 3 0可能是 Texas Instruments Company, P. 0. Box 6102，mail Station 3244, Temple, TX 7 65 03 以 Model Number TMS320C241 爲名賣的處 理器。 DSP 3 0連到顯示器3 2，例如液晶顯示器（ L C D )，顯示器3 2被顯示器驅動器3 4驅動以控制各 種獲選的測量量（metering quantity )的顯不。D S P 3 0還連到光學通訊接口 3 6，光學通訊接口 3 6被光學 通訊接口驅動器3 8驅動而使外界讀者與D S P . 3 0通 (請先閲讀背面之注意事 辞 •項再填· 裝-- :寫本頁)
、1T Φ 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐） 576923 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7) 訊。接口 3 6 可能是 General Electric Company，130 Main Street, Somersworth，N. Η· 03 878 的〇PT〇C〇Mtm接口，這是 業界熟悉的並符合ANSI第二型光學接口規格。 D S P 3 0有可程式化的快閃唯讀記憶體。快閃唯 讀記憶體存控制程式以控制測量及其他功能的執行。程式 化快閃唯讀記憶體的部分，以致在D S P 3 0開機時， 開機上載碼把使用者碼從光學接口 3 6光學地上載到 D S P 3 0的快閃唯讀記憶體。D S P 3 0還有符合 I E E E標準1 1 4 9 · 1的測試通行接口（ J T A G模 擬器接口）能從-模擬器（未被顯示）接收輸入以進行測 試。D S P 3 0可能產生額外輸出以執行業界熟悉的各 種其他功能。 電表板1 2及選用板1 4能藉平行介面1 6在D S P 3 0的控制下彼此通訊。在一實施例中，D S P 3 0提 供額外選用板的運作，這些額外選用板能藉介面1 6硬體 連接而與選用板14互換。DSP 30也連到可電子地 擦掉的可程式化的唯讀記憶體（EEPR0M ) 4 0以存測量 資料。電表板1 2包括電源4 2供電給電表板1 2及選用 板14。電表10還有斜面（bezel )，斜面有按鈕分別被 標以TE ST及RE ST。若不被電表板1 2使用，斜面 按鈕能透過平行介面1 6被選用板1 4使用，讓電表1 0 的使用者輸入以執行若干功能。 應瞭解，本發明能以許多替代性處理器來實施，且不 限於只用D S P 3 0來實施。因此，「D S P」一詞不 I----------Γ.-------J1T—---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 576923 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8) 限於在此技術領域中稱爲數値訊號處理器的積體電路，卻 廣泛地表示微電腦、處理器、微控制器、專門用途積體電 路、其他可程式化的電路。 圖2顯示一個在電表板1 2與選用板1 4之間的平行 介面16。DSP. 30規畫電表板12及選用板14, 使它們透過八位元雙向平行匯流排5 0彼此通訊。一條資 料選通線S T B 一 Ο P T 5 2及一條匯流排控制線 BU S — CTRL 5 4從選用板1 4到電表板1 2單向傳 資料。一條資料選通線S T B _Μ E 丁 5 6從電表板1 2 到選用板1 4.單向傳資料。 介面16有2 4針插頭/承座對（未被顯示），插頭 (例如 GE Header Straight Connector Part Number 993 84 8 2001 )在電表板1 2上，承座在選用板14上。圖 3定義圖1及2所示的平行介面的連接針6 0。電力針+ VD 6 2提供5伏特數値電壓，電力針又_〇？ T 6 4 提供9 · 5伏特類比未調節電壓。電力匯流排6 2及6 4 分享5 0毫安培穩定態電流。若電表1 0進入停電狀況， 則DSP 30評估訊號P〇WER_FAIL 66爲 低。P〇W E R _ F A I L 6 6告訴選用板1 4電表1 0因缺電而將緊急停機並把電表10的全部資料存入 E E P R 〇 Μ 4 0。連接器 S 1 6 8 及3 2 7 0 分 別連到電表1〇的斜面按鈕TEST及RESET (未被 顯示），這些按鈕不被電表板1 2使用。連接器S 1 68及32 70使按鈕TEST及RESET能從電表
IT (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 576923 經濟·部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（9) 1 0的使用者接收輸入以進行選用板1 4的功能。發射器 連接器〇PTIC〇M_TX 72及接收器連接器SCIRX 74使光學接 口 3 6能被光學板1 4使用。連接器PULSE JIS 76被評估 而使SCIRX 74從D S P 3 0斷開，以致在校準或測試時 ，·在D S P 3 0發出測試脈衝時，光學接口通訊不被中 斷。每次累積十分之一瓦特小時，連接器 TENTHWATTHOUR 78從電表板1 2發一個脈衝訊號到選用 板1 4。選用板1 4因此有能量累積資訊源可用。在一實 施例中，電表板1 2藉連接器7 8傳部分瓦特小時脈衝資 訊到至少一片選用板，例如記錄設備，那是非平行介面的 ，亦即不用匯流排5 0透過平行介面1 6通訊。連接器R E S E T 8 0被連到在電表板1 2上的電壓監視器晶片 。當數値軌+VD 6 2降到其設定臨界値以下或不能升 到其設定臨界値以上，連接器R E S E T 8 0把電表板 1 2及選用板1 4帶入並維持在重新設定狀況。連接器 BATTER Y( + ) 8 2 及 DGND/BATTERY(-) 8 4 藉選用板 1 4 提 供通行給電源4 2。連接器8 6是備用連接器，保留給未 來的使用。 在電表1 0的起動，電表板1 2偵測一片選用板（例 如選用板1 4 )的出現。若未接收一個預期的選用板回應 ，則電表板1 2隨後報告一個錯誤情況。在一實施例中， 光學板1 4藉平行匯流排5 0產生並控制在L C D 32 上的畫面的順序。舉例而言，匯流排5 0有每秒2 8 0千 位元的平均傳送率。舉例而言，這些畫面顯示通訊資訊、 1紙張尺度適用中.國國家標準（〇奶）人4規格（21(^297公釐) ~ (請先閲讀背面之注意事 項再填· :寫本頁) 576923 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1() 錯誤碼及記錄器量。電表1 〇在排好的時段（例如每三個 小時）把資料備分存到EEPROM 4 0。又，若停電，則 電源4 2供電到電表板1 2及選用板1 4並把電表1 0的 資料存入EEPROM 40。 在運作中，若無選用板連到電表板1 2，則電表板 1 2處理電壓及電流訊號並以單機模式執行測量功能，亦 即不要求選用板輸入。然後，DSP 30在LCD 3 2上顯示累積的瓦特小時並執行其他測量計算並在電表 板1 2的控制下進行。測量資料被存在EEPROM 40中並藉 光學接口 3 6,輸出脈衝訊號。 一片選用板連到電表板1 2時，選用板及電表板1 2 以半雙功（half-duplex )模式通訊。既然在任何時刻只有 一片皮子傳資料，通訊就屬主-僕型。選用板1 4當作主 且電表板1 2當作僕，亦即電表板1 2應付從選用板1 4 而來的要求。 如圖4所示，在選用板1 4傳資料時，匯流排控制線 BU S 一 CTRL 5 4被驅動到高檔9 0而保留匯流排 排通行權只給選用板1 4傳資料。到平行匯流排5 0的板 資料接口（未出現在圖4)被規畫成輸入接口（ 9 2 )。 選用板1 4隨後鎖住資料（9 4 )並閃動其選通線S T B 一〇P 丁 5 2 ( 9 6 )。一旦偵測到從選通線s T B _ OPT 5 2而來的選通脈衝，檢查匯流排控制線b U S — CTRL 5 4 ( 9 6 )，以評估爲高，以確認選用板 1 4做的資料傳送是對的。到平行匯流排5 0的板資料接 (請先閲讀背面之注意事 裝-- ，項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 576923 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（11) 口（未出現在圖4 )隨後被規畫成輸入接口（ 9 8 )。電; 表板1 2隨後從匯流排5 0讀資料（9 8 )並閃動資料g 通線S T B 一 Μ E T 5 6 ( 9 8 )當作確認通知（ acknowledgement)，電表板 1 4 從在 D S Ρ 3 0 中的 A. C κ計時器開始（9 8 )就等待此訊號（9 8 )。選用 板1 4從選通線S T B 一 Μ E 丁 5 6收到選通脈衝當作 確認通知時（1 0 0 )，傳送完全。 如圖5所示，電表板1 2傳資料時，首先檢查匯流排 控制線B U S _ C T R L 5 4以找低情況（1 1 〇 )。 若BUS _ CTRL 5 4是高，則以訊號顯示匯流排連 接錯誤（1 1 0 )。然後，連到平行匯流排5 0的板資料 接口規畫輸入接口（ 1 1 2 )並把資料寫到資料匯流排 50 (1 14)。從選通線STB—MET 56而來的 選通脈衝被送到選用板1 4 ( 1 1 6 )，且電表板1 .2從 匯流排5 0讀資料。起動A C K計時器（1 1 8 )且電表 板1 2等待從選通線S T B — Ο Ρ T 5 2而來的確認通 知（1 1 8 )。選通線S T B _〇Ρ T 5 2以訊號顯示 確認通知時（1 1 8 ) ’傳送完成（1 2 0 )。 偶而想升級或改變在D S P 3 0的快閃唯讀記憶體 裡的控制程式，以支持新的可用的功能或提供早先不被當 作能與選用板1 4互換的新型選用板。重新程式化D S P 30的方法包括停止電表1 〇的服務，把DSP 30從 電表10移走，並依DSP .30的製造商的指不重新程 式化快閃唯讀記憶體。另一種方法包括停止電表1 〇的服 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董] .14 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 576923 經濟，部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _五、發明説明（ 務，打開電表1 0並把模擬器連到D S P 30 J T A G模擬器。另一重新程式化方法包括停止電表1 0 的服務，打開電表1 0並用光學接口 3 6下載新控制程式 到D S P 3 0的快閃唯讀記憶體.。 . 在另一方式在電表1 〇服務時重新程式化快閃唯讀記 憶體。電表1 0起動時，電表1 0執行D S P 3 0的快 閃唯讀記憶體開機裝載碼。因此，電表1 0起動並被指示 接受重新程式化時，電表1 0接受從外界來源（例如光學 接口 3 6 )到D S P 3 0的快閃唯讀記憶體的使用考碼 的下載。 上述之方法的全部涉及停止電表1 0的服務並打開電 表1 0以接近快閃唯讀記憶體以重新程式化。在一實施例 .中，在電表1 0服務時重新程式化快閃唯讀記憶體。電表 1 0起動時，電表1 0執行D S P 3 0的快閃唯讀記憶 體開機裝載碼。因此，電表1 0起動並被指示接受重新程 式化時，電表1 0接受從外界來源（例如光學接口 3 6 ) 到D S P 3 0的快閃唯讀記憶體的使用者碼的下載。 上述之D S P 3 0的快閃唯讀記憶體的重新程式化 ' -λ 的方法不要求打開電表1 0或停止電表1 0的服務。使電 表1 0的升級更簡單且耗時較少。 上述之電表構造允許使用者從插頭/承座連接器抽走 一片選用板並用另一片選用板替代而改變電表的功能。因 此，能改變功能而不重新程式化或分解電表或停止它的服 務。上述之電表構造還有小於0 · 1 %的校準點誤差，無 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）. -15- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 576923 A7 _ B7 五、發明説明（13) 負載曲線不連續性並準確到0 . 3安培（亦即小於1 %的 誤差）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）