一种高可靠性数据存储多功能电能表的制作方法

专利名称：一种高可靠性数据存储多功能电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电能表，具体的说是一种高可靠性数据存储多功 能电能表。
背景技术：
电能表是电能交易过程中收费的核心计量器具，其准确性、数据 的可靠性至关重要。随着电子技术的发展，电能表也从机械感应式电
能表向全电子式电能表转化。电子式电能表可以存储数据，所说的数 据包括
(1) 电表参数，
(2) 用户设置参数，
(3) 当前及历史电能数据，
(4) 瞬时电参数组成的负荷曲线，即负荷记录，电参数包括电
压、电流、功率、功率因数等，
(5) 瞬间事件记录，如失压、失流事件发生的时间、以及发生 失压失流时的电量等，
(6) 最大需量及其发生时间，
(7) 状态标识，如掉电标识、编程允许标志等。
目前常用的存储数据方式有
(1) 上述部分数据存于微控制器扩展的电擦除只读存储器
E2PR0M中，
(2) 上述部分数据存于微控制器扩展的闪速存储器FLASH中，
(3) 上述全部数据存于微控制器内置的电擦除只读存储器 E2PR0M中，
(4) 以上三种的任意组合，(5) 电表参数、用户设置数据、当前及历史电能数据存于电擦
除只读存储器E2PR0M中，瞬时电参数组成的负荷曲线存于闪速存储 器FLASH中，
(6) 上述全部数据存于铁电存储器FRAM中， 现有技术方案具有以下缺点-
(1) 采用电擦除只读存储器E2PR0M存储数据时，虽然E2PR0M擦 写次数多，但性价比低、容量小，操作时间长，操作后还需要等待一 段时间，降低了存储效率。
(2) 采用闪速存储器FLASH存储数据时，虽然FLASH性价比高、 容量大，但是擦写次数少。而且FLASH—般采用页处理组织模式，当 非页操作时效率低，增加擦写次数，操作时间长，效率低。
(3) 采用铁电存储器FRAM存储数据时，虽然FRAM具有存取速 度快、非易失性RAM的优点，但是当遇到特殊情况也会发生异常，例 如读写数据时收到脉冲群、静电放电、瞬间强电磁辐射等干扰时，时 钟线号或数据信号将有可能受到干扰而改变应有状态，出现读写数据 错误。
因为电能表的工作环境极其恶劣，电网中的浪涌、脉冲群、周波 跌落、强烈瞬间电磁辐射等干扰随时可能干扰电能表的正常运行，造 成电能表的误操作、电子线路的瞬间电平变化等，所以，仅仅单独采 用以上6种数据存储方式之一的电能表，容易出现数据错误、数据丢 失等严重问题，这给电能交易双方带来经济纠纷，特别是电能大用户， 用电量大，记录数据多，出现上述问题后将会造成极大的经济损失。

实用新型内容
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高 可靠性数据存储多功能电能表，结构简单合理，抗干扰能力强，数据 存储可靠性高，可有效解决数据错误、数据丢失问题。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是一种高可靠性数据存储多功能电能表，包括微控制器、计量单元、 存储单元和人机接口，其特征在于所说的计量单元包括计量芯片
ATT7022B，微控制器通过数据线分别和计量芯片ATT7022B、人机接 口连接；所说的微控制器为采用Cortex-M3内核的微控制器，所说的 存储单元包括一个铁电存储器FRAM，两个电擦除只读存储器E2PR0M 1、 E2PR0M 2， 一个闪速存储器FLASH,铁电存储器FRAM通过SPI总 线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E2PR0M 1通过I2C总线1 和微控制器连接，电擦除只读存储器E2PR0M 2通过I2C总线2和微 控制器连接，闪速存储器FLASH通过SPI总线2和微控制器连接。
在上述技术方案的基础上，所说的计量单元还包括与计量芯片 ATT7022B的输入端口连接的电流互感器和电阻分压电路。
在上述技术方案的基础上，用于存放电能数据、历史电量、最大 需量、最大需量发生时间、瞬间事件记录、最大需量、状态标识、电 表参数的铁电存储器FRAM的容量为256Kb;用于对FRAM数据+6CH备 份的E2PR0M 1的容量为128KB;用于对FRAM数据+93H备份的E2PR0M 2的容量为128KB;用于存放负荷曲线数据的闪速存储器FLASH的容 量为8MB。
在上述技术方案的基础上，铁电存储器FRAM，两个电擦除只读 存储器E卞R0M 1、 E2PR0M 2， 一个闪速存储器FLASH中的数据均根据 实际需要按数据块存储，每个数据块都分为数据部分和校验部分，校 验部分采用校验和进行校验处理。
本实用新型所述的高可靠性数据存储多功能电能表，结构简单合 理，抗干扰能力强，数据存储可靠性高，可有效解决数据错误、数据 丢失问题。


本实用新型有如下附图
图1高可靠性数据存储多功能电能表的结构示意图图2备份数据存储结构
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型所述的高可靠性数据存储多功能电能表的结 构示意图，包括微控制器、计量单元、存储单元和人机接口，所说的
计量单元包括计量芯片ATT7022B，微控制器通过数据线分别和计量 芯片ATT7022B、人机接口连接；所说的微控制器为采用Cortex-M3 内核的微控制器，所说的存储单元包括一个铁电存储器FRAM，两个 电擦除只读存储器E2PR0M 1、 E2PR0M 2， 一个闪速存储器FLASH,铁 电存储器FRAM通过SPI总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器 E2PR0M 1通过I2C总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E2PR0M 2通过I2C总线2和微控制器连接，闪速存储器FLASH通过SPI总线 2和微控制器连接。本实用新型同时使用FRAM、 E2PROM、 FLASH三种 存储单元存储数据，FRAM读写速度快、读写寿命无限次，但价格较 高，可利用其存储擦写次数最频繁的数据，E2PROM进行数据备份、 FLASH存储经FRAM处理过的大量整块数据。所说的SPI是串行外围 设备接口 (Serial Peripheral interface),所说的I2C是一种由菲 利普公司开发的串行总线(Inter — Integrated Circuit),采用串行 总线方式可减少硬件的线路的连接，简化整个电能表电路的设计。
在上述技术方案的基础上，所说的计量单元还包括与计量芯片 ATT7022B的输入端口连接的电流互感器和电阻分压电路。
在上述技术方案的基础上，用于存放电能数据、历史电量、最大 需量、最大需量发生时间、瞬间事件记录、最大需量、状态标识、电 表参数的铁电存储器FRAM的容量为256Kb;用于对FRAM数据+6CH备 份的E2PROM 1的容量为128KB;用于对FRAM数据+93H备份的E2PROM 2的容量为128KB;用于存放负荷曲线数据的闪速存储器FLASH的容 量为8MB。在上述技术方案的基础上，铁电存储器FRAM，两个电擦除只读
存储器E乍R0M 1、 E2PROM 2， 一个闪速存储器FLASH中的数据均根据 实际需要按数据块存储，每个数据块都分为数据部分和校验部分，校 验部分采用校验和进行校验处理。
在上述技术方案的基础上，微处理器按数据块读取FRAM中数据， 并进行和校验，如果校验和正确，则判定数据无误，如果校验和错误 则读取E2PR0M1与E2PR0M2分别减去+6CH和+93H，与对应数据比较，
只要有两个或三个数据相同时，则认为相同的数据为有效数据；对存 储在FRAM和E2PR0M1、 E2PR0M2中的数据还要进行定时对比校验，防
止数据错乱；若对比校验，仍未判断出正确数据则以校验和正确的数 据为准。
本实用新型采用FRAM、 E2PROM、 FLASH三层数据存储方式。FRAM 读写速度快、读写寿命无限次，但价格较高，可利用其存储擦写次数 最频繁的数据，E2PROM进行数据备份、FLASH存储经FRAM处理过的 大量整块数据。利用这三种存储器的优点，对数据进行备份，每份数 据均进行校验处理，当数据校验错误或不同存储器中同一数据不一致 时，将进行所有备份数据判断比较，去除错误数据，分析出正确数据， 从而解决数据异常现象。具体数据处理方式如下
(1) FRAM、 E2PROM、 FLASH这三种存储器与MCU的连接方式如下 FRAM和FLASH采用了 SPI (Serial Peripheral interface,串行外 围设备接口)总线方式，而E2PROM采用I2C (Inter —Integrated Circuit)总线方式，如附图l所示。采用串行总线方式，减少硬件 的线路连接，采用这种数据存储机制，不会使整个电能表电路的设计 变得复杂。
(2) FLASH主要用来存储负荷曲线记录数据。
(3) FRAM存放每秒刷新的电能数据、历史电量、最大需量、最 大需量发生时间、瞬间事件记录、最大需量、状态标识、电表参数等。 并且在FRAM中进行FLASH数据页组织。微控制器每秒读取一次计量 芯片ATT7022B的电量，并累加一次电能数据。ATT7022B在SPI数据读取过程中，将会在一个固定的单元备份上一次读取的数据，因此为 了提高微控制器读取数据的正确性，在每次读取电量后，再读取一次 备份单元的数据，并将前后两次的数据进行对比，如果这两个数据相 同，并且满足本表的负荷范围(即电表一段时间内电量累计值应小于 该电表在这段时间内电量累计的最大值)，则认为数据合理，微处理
器进行电量累计，并及时将数据写入FRAM中，否则放弃本次电量累
计。瞬间事件记录、最大需量、负荷曲线记录等数据经过一定方式在
FRAM中进行组织，并且满足FLASH页操作后，将数据按页写入FLASH 中。紧接着读取刚写入得数据并且与FMM中数据进行对比，正确后 再清除FRAM中相应数据。
(4) 经过FRAM成页处理的电压、电流、功率、功率因数等负荷 曲线记录及校验数据整页写入FLASH,既提高了操作效率，增强数据 的可靠性能，又显著减少对FLASH的操作次数，增加了其使用时间。
(5) 电表参数、用户设置参数、历史电量、最大需量、需量发 生时间、状态标识等数据在FRAM中按一定的组织方式分块存储后， 并在E2PR0M1和E2PR0M2中进行双备份。数据在FRAM中的数据格式如 图2所示。每个数据块，先是N个数据，最后为前面数据单元数据的 校验和；在E2PR0M1中的数据并不是FRAM简单的备份，而是FRAM中 对应数据+6CH(16进制数)，在E卞R0M2中的数据是FRAM中对应数据 +93H(16进制数)。微控制器平时读取以上数据时，先从FRAM中读取 数据，并校验，如果校验和正确，则判定数据无误，如果校验和错误 则读取E2PR0M1与E2PR0M2分别减去6CH和93H，与对应数据比较，
只要有两个或三个数据相同时，则认为相同的数据为有效数据。对存 储在FRAM和E2PR0M1、 E2PR0M2中的数据还要进行定时对比校验，防
止数据错乱。若对比校验，仍未判断出正确数据则以校验和正确的数 据为准。
本实用新型的关键点是对电能表的数据进行分类，存储于基于不 同存储原理的器件中，增加数据校验和多备份，并存储于不同性能的 存储器件内，从而极大地提高了数据的可靠性，避免了因数据错误、丢失等造成经济损失，采用高性能、低功耗的Cortex-M3系列ARM内 核微控制器，提高了数据校验速度，同时降低了成本。
权利要求1.一种高可靠性数据存储多功能电能表，包括微控制器、计量单元、存储单元和人机接口，其特征在于所说的计量单元包括计量芯片ATT7022B，微控制器通过数据线分别和计量芯片ATT7022B、人机接口连接；所说的微控制器为采用Cortex-M3内核的微控制器，所说的存储单元包括一个铁电存储器FRAM，两个电擦除只读存储器E2PROM 1、E2PROM 2，一个闪速存储器FLASH，铁电存储器FRAM通过SPI总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E2PROM 1通过I2C总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E2PROM 2通过I2C总线2和微控制器连接，闪速存储器FLASH通过SPI总线2和微控制器连接。
2. 如权利要求1所述的高可靠性数据存储多功能电能表，其特 征在于所说的计量单元还包括与计量芯片ATT7022B的输入端口连 接的电流互感器和电阻分压电路。
3. 如权利要求1或2所述的高可靠性数据存储多功能电能表， 其特征在于用于存放电能数据、历史电量、最大需量、最大需量发 生时间、瞬间事件记录、最大需量、状态标识、电表参数的铁电存储 器FRAM的容量为256Kb;用于对FRAM数据+6CH备份的E2PR0M 1的 容量为128KB;用于对FRAM数据+93H备份的E2PR0M 2的容量为128KB; 用于存放负荷曲线数据的闪速存储器FLASH的容量为8MB。
4. 如权利要求3所述的高可靠性数据存储多功能电能表，其特 征在于铁电存储器FRAM，两个电擦除只读存储器E卞R0M1、 E2PR0M 2， 一个闪速存储器FLASH中的数据均根据实际需要按数据块存储， 每个数据块都分为数据部分和校验部分，校验部分采用校验和进行校 验处理。
专利摘要一种高可靠性数据存储多功能电能表，涉及电能表，包括微控制器、计量单元、存储单元和人机接口，所说的计量单元包括计量芯片ATT7022B，微控制器通过数据线分别和计量芯片ATT7022B、人机接口连接；所说的微控制器为采用Cortex-M3内核的微控制器，所说的存储单元包括一个铁电存储器FRAM，两个电擦除只读存储器E²PROM1、E²PROM 2，一个闪速存储器FLASH，铁电存储器FRAM通过SPI总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E²PROM 1通过I2C总线1和微控制器连接，电擦除只读存储器E²PROM 2通过I2C总线2和微控制器连接，闪速存储器FLASH通过SPI总线2和微控制器连接。本实用新型结构简单合理，抗干扰能力强，数据存储可靠性高，可有效解决数据错误、数据丢失问题。
文档编号G01R21/00GK201387448SQ20092014464
公开日2010年1月20日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者陈福军 申请人:青岛乾程电子科技有限公司