CN103698598B - 电表及其低误差脉冲输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电表及其低误差脉冲输出方法，电表包括信号采样端，计量部，与所述MCU耦合的单脉冲定时器，通过计量部计算出电网电功率信号w，被MCU加以读取；通过积分产生器输出一个脉冲周期t1给MCU，按照此脉冲周期单元dt1对电功率信号w进行n个周期的累加以计算出电能值P；在所述dt1的中断里持续比较累加的电能值P与一个脉冲当量之间的差值△ω与所述MCU读出的计量部功率w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在第n＋1个dt1中断之前；根据△ω与∑ω之间的差值和所述MCU所读出的计量部功率w计算出下一个脉冲输出的时刻△t。

Description

电表及其低误差脉冲输出方法

技术领域

本发明的一般概观是涉及一种应用在单相或三相电网电能采集上的低成本、高精度的脉冲输出方法，适用于电能计量领域。

背景技术

随着现代集成电路的快速发展，计量领域也出现了由计量芯片主动出电脉冲的芯片，特别是在高精度电能表应用上。但是因为其相对较高的成本，在低成本的1级表甚至0.5S级表中应用并不是很广泛。这些类型的表出脉冲的方式还是由表计MCU来控制的。

随着电力领域的改革和发展，对电能表的精度要求也越来越高。一般的电能表应具备与所计量的电能成正比的LED脉冲和电脉冲输出功能，脉冲宽度80ms±16ms。校验台体根据电脉冲输出端口的信号来给出检测误差。根据微积分原理P＝∫wdt，电能表积分单元dt越小，积分值就和实际值的误差就越小。但是在电表实际设计中，因为还要处理其他的进程如通信、显示等，不可能把dt取值做成很小，500us已经是比较小的取值。但是即使是这样误差的跳差在理论上还是很大的，根据极限的原理，脉冲时间延迟最大的可能就是500us，这个是显而易见的。以基本电压220V，基本电流10A，最大电流60A，脉冲常数为800imp/kwh的三相四线电能表为例，当在基本电压220V，三相电流都为最大电流60A时，理论上每0.1136s出一个脉冲，那么因为中断延时出脉冲而引起的误差就是500/113600＝0.44％,这个是比较大的误差。再加上电压电流信号波动、校验台体本生的误差，对1级表而言很可能就会出现超差，引起的跳差很有可能超出标准规定的值，更不符合精度更高的表对误差的要求，因此不符合设计要求。

发明内容

本发明设计一种应用在三相电表上的低成本、高精度的出脉冲方法，灵活利用表计主MCU的中断功能，根据上一秒的功率计算出下一个出脉冲的时刻，从而大幅度提高表计误差。而且表计主MCU不需要因为处理出电能脉冲而很频繁地进出中断，从而可以有更多的时间处理通讯等其他事件，对表计的实时性也有了很大的提高。

本发明电表，包括信号采样端，用于采集电网交流电流和电压的模拟信号并加以转换为数字脉冲信号I和U；计量部，接收这些数字脉冲信号并加以计算得出电功率信号w，被三相电表内的一个主处理器(MCU)加以读取，其进一步包括：与所述MCU耦合的单脉冲定时器，用于产生一个不同于所述电功率信号w的新脉冲信号t2；以及设置于所述MCU内的一个积分产生器，设定并输出一个脉冲周期t1给MCU。

作为优选，在所述MCU中以关系式：P＝∫wdt

计算出电能值P，其中将dt通过所述积分产生器设定为dt1，所述MCU设定为按照此dt1周期性地对电功率信号w进行累加。

作为优选，在所述一个dt1的中断里持续比较累加的电能值P与脉冲当量之间的差值△ω与所述MCU读出的计量部功率w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在下一个dt1中断之前。

作为优选，根据△ω与∑ω之间的差值和所述MCU所读出的计量部功率w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器产生新脉冲信号t2。

作为优选，所述时刻△t是小于dt1。

应用于所述三相电表的低误差脉冲输出方法，包括步骤：通过计量部计算出电网电功率信号w，被MCU加以读取；通过积分产生器输出一个脉冲周期t1给MCU，按照此脉冲周期单元dt1对电功率信号w进行n个周期的累加以计算出电能值P；在所述dt1的中断里持续比较累加的电能值P与一个脉冲当量之间的差值△ω与所述MCU读出的计量部功率w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在第n+1个dt1中断之前；根据△ω与∑ω之间的差值和所述MCU所读出的计量部功率w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时：在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器，以在延时了所述的新脉冲信号t2后产生一个新的脉冲信号加以输出。

设定所述新脉冲信号t2等于△t。

根据脉冲当量与累加到n个dt1后得到电能的差值除以一个dt1里的电能值得到△t。

与现有技术相比，本发明提出的输出脉冲方法根据脉冲当量和累加到n个dt1后得到的电量的差值除以1个dt1里的电量w(图中深灰色部分)得到△t，在第n个dt1中开启定时时间为△t的单脉冲定时器，在△t时间到达之后发送t2＝80ms的脉冲，从而获得更接近实际脉冲输出的时刻，大幅度提高了电能表的精度要求。

附图说明

图1为本发明具体实施例的原理示意图。

具体实施方式

本发明较佳实施例涉及了三相电表，包括信号采样端，用于采集电网交流电流和电压的模拟信号并加以转换为数字脉冲信号I和U；计量部，接收这些数字脉冲信号并加以计算得出电功率信号w，被三相电表内的一个主处理器(MCU)加以读取，进一步包括：与所述MCU耦合的单脉冲定时器，用于产生一个不同于所述电功率信号w的新脉冲信号t2；以及设置于所述MCU内的一个积分产生器，设定并输出一个脉冲周期t1给MCU。

在一个实施例中，在所述MCU中以关系式：P＝∫wdt

计算出电能值P，其中将dt通过所述积分产生器设定为dt1，所述MCU设定为按照此dt1周期性地对电功率信号w进行累加。

在一个实施例中，在所述一个dt1的中断里持续比较累加的电能值P与脉冲当量之间的差值△ω与所述MCU读出的计量部功率w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在下一个dt1中断之前。

在一个实施例中，根据△ω与∑ω之间的差值和所述MCU所读出的计量部功率w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器产生新脉冲信号t2。

在一个实施例中，所述时刻△t是小于dt1。

应用于所述三相电表的低误差脉冲输出方法，包括步骤：通过计量部计算出电网电功率信号w，被MCU加以读取；通过积分产生器输出一个脉冲周期t1给MCU，按照此脉冲周期单元dt1对电功率信号w进行n个周期的累加以计算出电能值P；在所述dt1的中断里持续比较累加的电能值P与一个脉冲当量之间的差值△ω与所述MCU读出的计量部功率w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在第n+1个dt1中断之前；根据△ω与∑ω之间的差值和所述MCU所读出的计量部功率w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时：在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器，以在延时了所述的新脉冲信号t2后产生一个新的脉冲信号加以输出。

设定所述新脉冲信号t2等于△t。

根据脉冲当量与累加到n个dt1后得到电能的差值除以一个dt1里的电能值得到△t。

参照图1，其中A处为实际出脉冲时刻，B为现有技术中出脉冲时刻，电能表积分单元dt1设定为5ms，w为从计量部读出的功率。虽然dt1的取值比常规的做法要大，理论上分析误差应该是更差。但是该方法区别于其他传统的做法是脉冲并不是在这个5ms中断里输出的。在一次抄表进程中每5ms对功率累加一次，作为这5ms里的电能。同时在5ms的中断里一直比较累加的能量和一个脉冲当量的差值与读出的计量芯片功率在5ms里的能量的大小，当前者小于后者说明实际输出电能脉冲的时刻发生在下一个5ms中断之前，如果等到下一个5ms中断输出电脉冲则肯定发生延迟。所以根据两者的差值和读出的计量部功率计算出下一个输出脉冲的时刻(这个时间小于5ms)，此时在当前这个中断里开启单脉冲定时器，定时时间为计算出脉冲输出的时间，然后由此单脉冲定时器自己发送80ms的电能脉冲。这样保证了电脉冲的上升沿和下降沿和实际电能脉冲的上升沿和下降沿更加吻合，不论校表台体检测的是信号的上升沿还是下降沿，误差都更加小，更加符合设计要求。

在图1中：dt1为积分单元，一般将其设定为5ms，斜线部分为一个脉冲的当量。当电量累加到n个dt1后得到的电量为浅灰色斜线部分，显然它未达到一个脉冲当量，两者的差值为深灰色斜线部分。从图1中可以看到它比1个dt1里的电量w(图中深灰色部分)要小。而实际输出脉冲的时刻是在图中竖线标注的地方。在传统输出脉冲的方式中是一定要等到第n+1个dt1才开始输出脉冲，它和实际输出脉冲的时间有了(dt1—△t)的延时。本实施例中提出的输出脉冲方法根据脉冲当量和累加到n个dt1后得到的电量的差值(图中里深灰色斜线部分)除以1个dt1里的电量w(图中深灰色部分)得到△t，在第n个dt1中开启定时时间为△t的单脉冲定时器，在△t时间到达之后发送t2＝80ms的脉冲，从而获得更接近实际脉冲输出的时刻，大幅度提高了电能表的精度要求。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (4)

1.电表，包括信号采样端，用于采集电网交流电流和电压的模拟信号并加以转换为数字脉冲信号；计量部，接收这些数字脉冲信号并加以计算得出电网电功率信号w，被电表内的一个主处理器(MCU)加以读取，其特征在于进一步包括：

与所述主处理器耦合的单脉冲定时器，用于产生一个不同于所述电网电功率信号w的新脉冲信号t2；以及

设置于所述主处理器内的一个积分产生器，设定并输出一个脉冲周期t1给主处理器；

其中，在一个dt1的中断里持续比较累加的电能值P与脉冲当量之间的差值△ω与所述主处理器读出的电网电功率信号w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在下一个dt1中断之前；

根据所述△ω与所述∑ω之间的差值和所述主处理器所读出的所述电网电功率信号w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器产生新脉冲信号t2。

2.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：在所述主处理器中以关系式：

P＝∫wdt，

计算出电能值P，其中将dt通过所述积分产生器设定为dt1，所述主处理器设定为按照此dt1周期性地对电网电功率信号w进行累加。

3.一种应用于权利要求1所述电表的低误差脉冲输出方法，其特征在于包括步骤：

通过计量部计算出电网电功率信号w，被主处理器加以读取；

通过积分产生器输出一个脉冲周期t1给主处理器，按照此脉冲周期单元dt1对电网电功率信号w进行n个周期的累加以计算出电能值P；

在所述dt1的中断里持续比较累加的电能值P与一个脉冲当量之间的差值△ω与所述主处理器读出的电网电功率信号w在此dt1周期内的能量值∑ω，当△ω小于∑ω时则判定实际电能脉冲输出的时刻发生在第n+1个dt1中断之前；

根据△ω与∑ω之间的差值和所述主处理器所读出的电网电功率信号w计算出下一个脉冲输出的时刻△t，此时：在当前dt1中断里开启所述单脉冲定时器，以在延时了所述的新脉冲信号t2后产生一个新的脉冲信号加以输出。

4.根据权利要求3所述的低误差脉冲输出方法，其特征在于：根据脉冲当量与累加到n个dt1后得到电能的差值除以一个dt1里的电能值得到△t。