一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法与流程

本发明涉及一种电量计量技术领域，尤其涉及一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法。

背景技术：

传统的三相电能表的主控芯片发出脉冲的方法一般是通过计量芯片发出高频脉冲，采用主控芯片累计该高频脉冲，直到主控芯片累计的高频脉冲数达到代表一个脉冲的数量时，主控芯片发出脉冲。此种方法对计量芯片的要求较高，需要计量芯片能够产生高频脉冲，而很多计量芯片没有产生高频脉冲的能力。因此，提供一种不依赖计量芯片性能的脉冲输出方法是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法，目的是减少电能表的计量误差，扩大计量芯片的选择范围，降低电能表的成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法，所述三相电能表包括：微控制单元、三个计量采样单元和三个锰铜采样单元；每个所述锰铜采样单元的输入端分别与一相电连接，输出端与一个所述计量采样单元的输入端电连接；所述三个计量采样单元的输出端分别与所述微控制单元电连接；所述微控制单元上集成有第一定时器、第二定时器、晶振和通用异步收发传输器；所述第一定时器与所述微控制单元内部的时钟电路连接；所述第二定时器与所述晶振连接；

所述输出方法包括：

每个所述锰铜采样单元采集流经相应的一相的模拟电流信号，并将所述模拟电流信号传输至所述计量采样单元；

所述计量采样单元将所述模拟电流信号转换为数字电流信号，并根据所述数字电流信号和预设的数字电压信号计算出每一相的实时的有效功率值；

所述第一定时器接收所述微控制单元内部的时钟电路产生的时钟信号，并根据所述时钟信号确定采样频率；

所述微控制单元通过所述通用异步收发传输器根据所述采样频率读取每一相的所述有效功率值；

所述微控制单元对所述每一相的有效功率值进行汇总，得到所述三相的总功率值；

所述微控制单元根据预设的脉冲常数和所述总功率值进行计算，得到脉冲输出周期；

所述第二定时器根据所述脉冲输出周期和所述晶振提供的脉冲频率，以及所述第二定时器内存储的当前之前的一个定时器计数值进行计算，并将计算结果赋值给当前的所述定时器计数值，将所述当前的定时器计数值存储到所述第二定时器内；

当所述当前的定时器计数值达到预设阈值时，所述微控制单元发出一个脉冲，并根据预设的初始定时器计数值对所述当前的定时器计数值进行重新赋值。

优选的，当所述当前的定时器计数值达到预设阈值时，所述微控制单元发出一个脉冲之后，所述输出方法还包括：

所述微控制单元调用相应的计数单元对所述脉冲进行计数统计，得到脉冲统计值；

所述微控制单元根据所述脉冲统计值和所述脉冲常数进行计算，得到电能数据。

本发明实施例提供的一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法，减少电能表的计量误差，扩大计量芯片的选择范围，并且降低电能表的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的三相电能表的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法，用以电能表的电能计量所用脉冲的输出。

图1为本发明实施例提供的三相电能表的结构框图，示出了三相电能表的结构及各部件之间的连接关系。图2为本发明实施例提供的一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法的流程图，示出了三相电能表将采集的模拟电压信号和模拟电流信号转化成脉冲的步骤。以下结合图1和图2对本发明技术方案进行详述。

首先，对三相电能表的结构和各部件之间的连接关系进行说明。

如图1所示，三相电能表包括：微控制单元、三个计量采样单元和三个锰铜采样单元。每个锰铜采样单元的输入端分别与三相交流电的一相连接，输出端与一个计量采样单元的输入端电连接。三个计量采样单元的输出端分别与微控制单元电连接。微控制单元上集成有第一定时器、第二定时器、晶振和通用异步收发传输器（图中均未示出），第一定时器与微控制单元内部的时钟电路连接；第二定时器与晶振连接。

基于以上三相电能表的高精度脉冲输出方法，如图2所示，具体说明如下：

步骤110，每个锰铜采样单元采集流经相应的一相的模拟电流信号，并将模拟电流信号传输至计量采样单元。

步骤120，计量采样单元将模拟电流信号转换为数字电流信号，并根据数字电流信号和预设的数字电压信号计算出每一相的实时的有效功率值。

具体的，计量采样单元根据数字电流信号和预先存储在计量采样单元的预设的数字电压信号计算出每一相的实时的有效功率值。

步骤130，第一定时器接收微控制单元内部的时钟电路产生的时钟信号，并根据时钟信号确定采样频率。

具体的，在本实施例中，采样频次为每300ms一次。

步骤140，微控制单元通过通用异步收发传输器根据采样频率读取每一相的有效功率值。

具体的，微控制单元通过每300ms获取每一相的有效功率值。

步骤150，微控制单元对每一相的有效功率值进行汇总，得到三相的总功率值。

具体的，微控制单元将三相的累计功率值p1、p2、p3相加，得到总功率p=p1+p2+p3，例如，取100a电表的极限总功率66kw，用以计算脉冲输出的最大误差。

步骤160，微控制单元根据预设的脉冲常数和总功率值进行计算，得到脉冲输出周期。

具体的，预设一个与总功率成正比的脉冲常数。比如，预设脉冲常数为1000,总功率p为66kw时，得出一小时输出的脉冲数为66000，然后根据1小时有3600秒，得出脉冲输出周期t=3600/66000=0.0545454秒。

步骤170，第二定时器根据脉冲输出周期和晶振提供的脉冲频率，以及第二定时器内存储的当前之前的一个定时器计数值进行计算，并将计算结果赋值给当前的定时器计数值，将当前的定时器计数值存储到第二定时器内。

具体的，在本实施例中，以32.768khz晶振为例，第二定时器先根据脉冲输出周期和采样频率得到一个计数值，计数值=t*1000*32.768≈1787。计算时，在当期之前的定时器计数值的基础上加上计数值，得到新的当前的定时器计数值。定时器计数值可以理解为累计的且未达到预设阈值的数值。

步骤180，微控制单元判断当前的定时器计数值是否达到预设阈值。

具体的，预设阈值可以理解为发出一个脉冲需要累积的定时器计数值。当定时器计数值未达到预设阈值时，返回步骤170。当当前的定时器计数值达到预设阈值时，执行步骤190。

步骤190，微控制单元发出一个脉冲，并根据预设的初始定时器计数值对当前的定时器计数值进行重新赋值。

具体的，初始定时器计数值可以理解为控制预设阈值的大小的数值，小于预设阈值。例如，以16位定时器为例，最大计数值为65535，但是实际定时器计数值只需要达到60000就可以发出一个脉冲，因此需要将初始定时器计数值设为5535，这样就可以实现每达到60000个定时器计数值发出一个脉冲。也就是说，每次定时器计数值是从5535开始，并在此基础上不断增加每次计算出的计数值，例如上述1787。需要说明的是，在本实施例中优选的预设阈值小于或者等于定时器的最大计数值。

当然在具体的实现方案中，除了按照上述优选方案执行设定预设阈值小于或者等于定时器的最大计数值之外，还可以设定的预设阈值大于定时器的最大计数值。

此时，微控制单元根据最大计数值和预设阈值进行分析计算，得到累计次数基准值和剩余值。当定时器计数值达到定时器的最大计数值时，累计次数加1。微控制单元每次判断累计次数是否达到累计次数基准值。当累计次数达到累计次数基准值时，微控制单元判断定时器计数值是否达到剩余值。当定时器计数值达到剩余值时，微控制单元发出一个脉冲，并将累计次数清零，定时器计数值重新赋值。

具体的,当预设阈值大于定时器最大计数值65535时，例如为70000时，先根据70000和65535进行分析计算，得到一个累计次数1和剩余值4465。也就是说，在定时器计数值达到65535一次后，累计次数由初始的0变为1，并且再当定时器计数值达到剩余值4465时，微控制单元发出一个脉冲，并将累计次数和定时器计数值清零，定时器计数值重新赋值。

采用以上方案后，脉冲输出的误差仅为±1个定时器计数值，换算成时间为1/(32.768*1000)，约为30.5us,因而脉冲输出的误差减小为±30.5us/0.0545454s=±0.056%，远远高于传统的脉冲输出精度。

在一个优选的实施例中，当定时器计数值大于或者等于预设阈值时，微控制单元发出一个脉冲之后，输出方法还包括：

微控制单元调用相应的计数单元对脉冲进行计数统计，得到脉冲统计值；

微控制单元根据脉冲统计值和脉冲常数进行计算，根据脉冲统计值和脉冲常数的比值，得到电能数据。

具体的，微控制单元调用相应的计数单元对发出的每一个脉冲进行计数统计，得到脉冲统计值。然后根据脉冲统计值和脉冲常数的比值计算出对应的电能。比如得到的脉冲统计值为1100,预设的脉冲常数为1000，则对应消耗的电能为1.1度。

本发明实施例提供的一种基于三相电能表的高精度脉冲输出方法，减少了电能表的计量误差，还扩大了计量芯片的选择范围，降低电能表的成本。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（ram）、内存、只读存储器（rom）、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。