一种基于比例模拟进行实时误差补偿的智能电表系统的制作方法

本发明涉及智能电表系统技术领域，具体涉及一种基于比例模拟进行实时误差补偿的智能电表系统。

背景技术：

智能电能表是智能电网高级计量体系中的重要设备，是指应用通讯技术、计算机技术等，形成以智能芯片为核心，可进行电功率的计量、分时段计费、数据存储、显示及输出、与上位机进行通讯以及用电管理与规划等功能的电能表。一个功能完整的智能电能表是由电信号测量单元、数据处理单元、数据通信单元等部分组成，可以实现多种用电参数的精确计量。

随着智能电能表的快速发展，普通的计量功能和简单的自动抄表功能己远远无法满足用户的需求，而且存在不可避免的干扰和影响，破坏智能电表的稳定性和安全性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种功能全面、智能化程度高、可靠性强以及计量精度准确度高的基于比例模拟进行实时误差补偿的智能电表系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于比例模拟进行实时误差补偿的智能电表系统，包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路和窄带天线；所述前端感应电路依次连接有比例衰减滤波模块、模数转换电路、分频电路模块、读频电路模块、比例模拟感应信号源组、比例支路电能采集电路和比例支路接口电路；所述嵌入式处理器模块依次连接有编码驱动电路、显示模块、图像采集模块、图像识别模块、图像信号传输模块、高频滤波衰减电路和宽带天线；所述嵌入式处理器模块分别连接有电能采集电路、模数转换电路、比例模拟感应信号源组、比例支路电能采集电路、比例支路接口电路、误差补偿数据存储器、无线收发模块和图像信号传输模块。

前端感应电路：用于感应电压和电流、并转化成电参量信息输入前端预处理电路。

前端预处理电路：用于接收前端感应电路输入的电参量信息、并进行衰减和滤波。

电能采集电路：用于采集前端预处理电路输出的信号，通过计算和查找表方式，转换成电参量信号。

接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，以下简称为“电平模式电能参量信号”。

嵌入式处理器模块：用于对接口电路输入的信号、调制解调电路输入的信号、模数转换电路输入的信号、比例模拟感应信号源组输入的信号、比例支路电能采集电路输入的信号、比例支路接口电路输入的信号、误差补偿数据存储器输入的信号、无线收发模块输入的信号、图像信号传输模块输入的信号进行处理；并向电能采集电路输入控制信号、向比例模拟感应信号源组输入控制信号、向比例支路电能采集电路输入控制信号、向误差补偿数据存储器输入控制信号、向调制解调电路输入数据信号、向无线收发模块输入控制信号、向图像信号传输模块输入控制信号。

调制解调电路：用于将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块；用于将无线收发模块输入的信号进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

无线收发模块：用于将调制后的信号进行载波放大后、再输出发射；用于将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行解调。无线收发模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

低频滤波衰减电路：用于对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

窄带天线：用于发射低频无线信号；用于接收低频无线信号。

编码驱动电路：用于接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大，输入显示模块进行显示。

显示模块：用于显示经过处理的前端感应电路感应的电能参量信号。

图像采集模块：用于采集显示模块的显示信息的图像。

图像识别模块：用于识别图像采集模块采集到的图像中的显示模式电能参量信号，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后，输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块：用于图像识别模块输入的处理后的电能参量信号，进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输。图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

高频滤波衰减电路：用于对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

宽带天线：用于发射高频无线信号。

比例衰减滤波模块：用于接收前端感应电路输入的电参量信息信号、并按照一定比例进行衰减，最后经滤波处理后分别输出到模数转换电路和分频电路模块。

模数转换电路：用于将比例衰减滤波模块输出的模拟信号转换成数字信号，数字信号的数值代表了一定比例下的前端感应电路感应的信号的功率的具体数值。

分频电路模块：用于将具有一定频率的信号进行分频。

读频电路模块：用于将信号频率通过计数或者混频方式进行读取，可读出前端感应电路感应的信号的频率的具体数值。

比例模拟感应信号源组：可按照指令产生不同频率、不同功率组合的小功率信号源，用于在嵌入式处理器模块的控制下，根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的交流信号。

比例支路电能采集电路：用于采集比例模拟感应信号源组输出的信号，通过计算和查找表方式，转换成比例电参量信号。

比例支路接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的比例电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的比例电能参量信号，以下简称为“比例模式电能参量信号”。

误差补偿数据存储器：用于存放正向误差补偿数值和负向误差补偿数值的存储器，在嵌入式处理器模块的控制下，根据嵌入式处理器模块的指令，向嵌入式处理器模块输入误差补偿数值数据信号。

作为优选的，所述嵌入式处理器模块工作流程包括以下步骤：

第1步，嵌入式处理器模块待机工作方式工作时检测低频无线信号的采集指令，若没有接收到采集指令，则重复第1步；若接收到采集指令，则进入第2步；

第2步，嵌入式处理器模块接收到采集指令，则进行电能参量信号的采集工作，向电能采集电路发送电参量采集指令，向比例模拟感应信号源组发送比例模拟指令，启动电参量采集工作方式和比例模拟工作方式，完成后进入第3步；

第3步，嵌入式处理器模块接收模数转换电路输入的模数转换信号，启动误差补偿工作方式，完成后进入第4步；

第4步，嵌入式处理器模块将模数转换信号转换成功率数值信号、并输入到比例模拟感应信号源组；比例模拟感应信号源组根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的比例电参量信号，并通过比例支路接口电路转换成比例模式电能参量信号，完成后进入第5步；

第5步，嵌入式处理器模块向比例支路接口电路发送输出比例模式电能参量信号的指令，完成后进入第6步；

第6步，嵌入式处理器模块接收比例支路接口电路输入的比例模式电能参量信号，完成后进入第7步；

第7步，嵌入式处理器模块接收接口电路输入的电平模式电能参量信号，完成后进入第8步；

第8步，嵌入式处理器模块比对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号，将两者数值进行减法运算，完成后进入第9步；

第9步，嵌入式处理器模块检测比对的差值结果是否在误差允许范围内，如果差值结果是在误差允许范围内，则进入第12步和第14步；如果差值结果不在误差允许范围内，则进入第10步；

第10步，嵌入式处理器模块调用误差补偿数据存储器的补偿数值数据，完成后进入第11步；

第11步，嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，完成后返回第9步；

第12步，嵌入式处理器模块控制无线收发模块开启数据发射工作方式，完成后进入第13步；

第13步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块是否发送操作完成信号，如果无线收发模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果无线收发模块未发送操作完成信号，则返回第12步；

第14步，嵌入式处理器模块控制图像信号传输模块开启数据发射工作方式，完成后进入第15步；

第15步，嵌入式处理器模块检测图像信号传输模块是否发送操作完成信号，如果图像信号传输模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果图像信号传输模块未发送操作完成信号，则返回第14步；

第16步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块和图像信号传输模块是否全部发送操作完成信号，如果未检测到全部发送操作完成信号，则重复第16步；如果检测到全部发送操作完成信号，则返回第1步。

本发明的优点是：本发明针对目前智能电表系列产品的发展需求，以及传统技术滞后带来的短板效应，从技术手段上进行实际解决；通过前端感应电路和电能采集电路等相关链路电路，对电能进行常规采集测量，同时设计了以功率参数和频率参数为基础的比例模拟感应信号源组作为实时误差补偿的基准，大大降低了电网参数波动给电能测量的带来的延时误差和不确定性；通过嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号进行数值比对，计算出常规采样与标准信号源测量值之间的相对误差，并设计了误差补偿数据存储器提供正向误差补偿数值和负向误差补偿数值对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，很大程度上覆盖了误差数值域漂移和误差属性波动带来的不确定性和不稳定性，通过对误差的动态跟随和实时补偿，实现了在获得精确电能测量的同时，保障了测量的实时性和可靠性。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例嵌入式处理器模块的工作流程图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明公开的一种基于比例模拟进行实时误差补偿的智能电表系统，包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路和窄带天线；所述前端感应电路依次连接有比例衰减滤波模块、模数转换电路、分频电路模块、读频电路模块、比例模拟感应信号源组、比例支路电能采集电路和比例支路接口电路；所述嵌入式处理器模块依次连接有编码驱动电路、显示模块、图像采集模块、图像识别模块、图像信号传输模块、高频滤波衰减电路和宽带天线；所述嵌入式处理器模块分别连接有电能采集电路、模数转换电路、比例模拟感应信号源组、比例支路电能采集电路、比例支路接口电路、误差补偿数据存储器、无线收发模块和图像信号传输模块。

前端感应电路：用于感应电压和电流、并转化成电参量信息输入前端预处理电路。

前端预处理电路：用于接收前端感应电路输入的电参量信息、并进行衰减和滤波。

电能采集电路：用于采集前端预处理电路输出的信号，通过计算和查找表方式，转换成电参量信号。

接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，以下简称为“电平模式电能参量信号”。

嵌入式处理器模块：用于对接口电路输入的信号、调制解调电路输入的信号、模数转换电路输入的信号、比例模拟感应信号源组输入的信号、比例支路电能采集电路输入的信号、比例支路接口电路输入的信号、误差补偿数据存储器输入的信号、无线收发模块输入的信号、图像信号传输模块输入的信号进行处理；并向电能采集电路输入控制信号、向比例模拟感应信号源组输入控制信号、向比例支路电能采集电路输入控制信号、向误差补偿数据存储器输入控制信号、向调制解调电路输入数据信号、向无线收发模块输入控制信号、向图像信号传输模块输入控制信号。

调制解调电路：用于将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块；用于将无线收发模块输入的信号进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

无线收发模块：用于将调制后的信号进行载波放大后、再输出发射；用于将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行解调。无线收发模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

低频滤波衰减电路：用于对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

窄带天线：用于发射低频无线信号；用于接收低频无线信号。

编码驱动电路：用于接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大，输入显示模块进行显示。

显示模块：用于显示经过处理的前端感应电路感应的电能参量信号。

图像采集模块：用于采集显示模块的显示信息的图像。

图像识别模块：用于识别图像采集模块采集到的图像中的显示模式电能参量信号，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后，输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块：用于图像识别模块输入的处理后的电能参量信号，进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输。图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

高频滤波衰减电路：用于对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

宽带天线：用于发射高频无线信号。

比例衰减滤波模块：用于接收前端感应电路输入的电参量信息信号、并按照一定比例进行衰减，最后经滤波处理后分别输出到模数转换电路和分频电路模块。

模数转换电路：用于将比例衰减滤波模块输出的模拟信号转换成数字信号，数字信号的数值代表了一定比例下的前端感应电路感应的信号的功率的具体数值。

分频电路模块：用于将具有一定频率的信号进行分频。

读频电路模块：用于将信号频率通过计数或者混频方式进行读取，可读出前端感应电路感应的信号的频率的具体数值。

比例模拟感应信号源组：可按照指令产生不同频率、不同功率组合的小功率信号源，用于在嵌入式处理器模块的控制下，根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的交流信号。

比例支路电能采集电路：用于采集比例模拟感应信号源组输出的信号，通过计算和查找表方式，转换成比例电参量信号。

比例支路接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的比例电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的比例电能参量信号，以下简称为“比例模式电能参量信号”。

误差补偿数据存储器：用于存放正向误差补偿数值和负向误差补偿数值的存储器，在嵌入式处理器模块的控制下，根据嵌入式处理器模块的指令，向嵌入式处理器模块输入误差补偿数值数据信号。

本发明通过前端感应电路和电能采集电路等相关链路电路，对电能进行常规采集测量；通过比例衰减滤波模块和模数转换电路对电参量信息信号的功率进行一定比例的数据转换；通过比例衰减滤波模块和分频电路对电参量信息信号的频率进行读取；通过比例模拟感应信号源组，在嵌入式处理器模块的控制下，根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的比例电参量信号，并通过比例支路接口电路转换成比例模式电能参量信号；通过嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号进行数值比对，如果两者差值在误差允许范围之内、则嵌入式处理器模块输出数据信息格式和图像信息格式的电平模式电能参量信号作为最终的智能电表的读数，如果两者差值在误差允许范围之外、则嵌入式处理器模块根据差值的正负属性和差值标量大小，调用误差补偿数据存储器存放的正向误差补偿数值和负向误差补偿数值对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，误差数据补偿后的数据作为最终的智能电表的读数，由嵌入式处理器模块分别转换成数据信息格式和图像信息格式进行无线输出。

整体工作方式可分为：(1)待机工作方式，(2)电参量采集工作方式，(3)比例模拟工作方式，(4)误差补偿工作方式，(5)数据发射工作方式。

(1)待机工作方式

由窄带天线接收低频无线信号，输入到低频滤波衰减电路，然后对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，无线收发模块在获得嵌入式处理器模块的控制指令后，将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

(2)电参量采集工作方式

前端感应电路感应电压和电流、并转化成电参量信息输入前端预处理电路，之后进行衰减和滤波后输入电能采集电路，电能采集电路通过比例计算和查找表方式，将电参量信息转换成电能参量信号，送入接口电路进行电平和频率转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，即电平模式电能参量信号，输入嵌入式处理器模块。

(3)比例模拟工作方式

在“电参量采集工作方式”的基础上，比例衰减滤波模块和模数转换电路对电参量信息信号的功率进行一定比例的数据转换，并将功率数值输入嵌入式处理器模块；同时，比例衰减滤波模块和分频电路对电参量信息信号的频率进行读取。比例模拟感应信号源组在嵌入式处理器模块的控制下，根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的比例电参量信号，并通过比例支路接口电路转换成比例模式电能参量信号。

(4)误差补偿工作方式

在“电参量采集工作方式”和“比例模拟工作方式”的基础上，嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号进行数值比对。如果两者差值在误差允许范围之内、则嵌入式处理器模块输出数据信息格式和图像信息格式的电平模式电能参量信号作为最终的智能电表的读数；如果两者差值在误差允许范围之外、则嵌入式处理器模块根据差值的正负属性和差值标量大小，调用误差补偿数据存储器存放的正向误差补偿数值和负向误差补偿数值对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，误差数据补偿后的数据作为最终的智能电表的读数，由嵌入式处理器模块分别转换成数据信息格式输入编码驱动电路、转换成图像信息格式输入调制解调电路。

(5)数据发射工作方式。

在“误差补偿工作方式”的基础上，调制解调电路将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块。无线收发模块在获得嵌入式处理器模块的控制指令后，将调制解调电路调制后的信号进行载波放大后、再输入到低频滤波衰减电路。无线收发模块在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。低频滤波衰减电路对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，最后输入到窄带天线进行发射。

同时，在“误差补偿工作方式”的基础上，编码驱动电路接收嵌入式处理器模块信号，进行转换编码和驱动放大后输入显示模块进行显示。图像采集模块采集显示模块的显示信息的图像，将图像输入图像识别模块对图像采集模块采集到的图像中的信号进行识别，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，对图像识别模块输入的信号进行编码，再进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。高频滤波衰减电路对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，最后输入到宽带天线进行发射。

所述嵌入式处理器模块工作流程包括以下步骤：

第1步，嵌入式处理器模块待机工作方式工作时检测低频无线信号的采集指令，若没有接收到采集指令，则重复第1步；若接收到采集指令，则进入第2步；

第2步，嵌入式处理器模块接收到采集指令，则进行电能参量信号的采集工作，向电能采集电路发送电参量采集指令，向比例模拟感应信号源组发送比例模拟指令，启动电参量采集工作方式和比例模拟工作方式，完成后进入第3步；

第3步，嵌入式处理器模块接收模数转换电路输入的模数转换信号，启动误差补偿工作方式，完成后进入第4步；

第4步，嵌入式处理器模块将模数转换信号转换成功率数值信号、并输入到比例模拟感应信号源组；比例模拟感应信号源组根据读频电路模块输入的频率数值和嵌入式处理器模块输入的功率数值，按照查找表的对应方式，输出一定衰减比例下的标准频率、标准功率的比例电参量信号，并通过比例支路接口电路转换成比例模式电能参量信号，完成后进入第5步；

第5步，嵌入式处理器模块向比例支路接口电路发送输出比例模式电能参量信号的指令，完成后进入第6步；

第6步，嵌入式处理器模块接收比例支路接口电路输入的比例模式电能参量信号，完成后进入第7步；

第7步，嵌入式处理器模块接收接口电路输入的电平模式电能参量信号，完成后进入第8步；

第8步，嵌入式处理器模块比对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号，将两者数值进行减法运算，完成后进入第9步；

第9步，嵌入式处理器模块检测比对的差值结果是否在误差允许范围内，如果差值结果是在误差允许范围内，则进入第12步和第14步；如果差值结果不在误差允许范围内，则进入第10步；

第10步，嵌入式处理器模块调用误差补偿数据存储器的补偿数值数据，完成后进入第11步；

第11步，嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，完成后返回第9步；

第12步，嵌入式处理器模块控制无线收发模块开启数据发射工作方式，完成后进入第13步；

第13步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块是否发送操作完成信号，如果无线收发模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果无线收发模块未发送操作完成信号，则返回第12步；

第14步，嵌入式处理器模块控制图像信号传输模块开启数据发射工作方式，完成后进入第15步；

第15步，嵌入式处理器模块检测图像信号传输模块是否发送操作完成信号，如果图像信号传输模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果图像信号传输模块未发送操作完成信号，则返回第14步；

第16步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块和图像信号传输模块是否全部发送操作完成信号，如果未检测到全部发送操作完成信号，则重复第16步；如果检测到全部发送操作完成信号，则返回第1步。

本发明针对目前智能电表系列产品的发展需求，以及传统技术滞后带来的短板效应，从技术手段上进行实际解决；通过前端感应电路和电能采集电路等相关链路电路，对电能进行常规采集测量，同时设计了以功率参数和频率参数为基础的比例模拟感应信号源组作为实时误差补偿的基准，大大降低了电网参数波动给电能测量的带来的延时误差和不确定性；通过嵌入式处理器模块对电平模式电能参量信号和比例模式电能参量信号进行数值比对，计算出常规采样与标准信号源测量值之间的相对误差，并设计了误差补偿数据存储器提供正向误差补偿数值和负向误差补偿数值对电平模式电能参量信号进行误差数据补偿，很大程度上覆盖了误差数值域漂移和误差属性波动带来的不确定性和不稳定性，通过对误差的动态跟随和实时补偿，实现了在获得精确电能测量的同时，保障了测量的实时性和可靠性。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。