【正文】 加1分鐘電量恢復(fù)現(xiàn)場 圖123 電量脈沖中斷服務(wù)程序框圖電子式多功能電能表電能計(jì)量單元完成對外線交流電壓、交流電流的計(jì)量工作，并以脈沖的形式輸送給數(shù)據(jù)處理單元（參看圖123）。電能表常數(shù)K，（或稱脈沖常數(shù)）代表計(jì)量特性。K用每千瓦時(shí)多少個(gè)脈沖表示，即imp/kWh。如K=5000imp/kWh。并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求。單片機(jī)響應(yīng)中斷后，中斷主程序，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序第一項(xiàng)任務(wù)是保護(hù)現(xiàn)場，就是把主程序運(yùn)行參數(shù)送入先進(jìn)后出的堆棧，以便恢復(fù)主程序時(shí)使用。第二項(xiàng)任務(wù)就是把這個(gè)脈沖所代表的電量加到總電量之中，這條程序?qū)崿F(xiàn)了總電量的計(jì)量，第三項(xiàng)根據(jù)主程序告訴的時(shí)段特性把這個(gè)脈沖所代表的電量再寫到相應(yīng)的費(fèi)率時(shí)段中。這條程序?qū)崿F(xiàn)了分時(shí)計(jì)費(fèi)功能。第四項(xiàng)任務(wù)是把這個(gè)脈沖所代表的能量再寫到“1分鐘功率的存貯單元”中。這項(xiàng)工作是為求得1分鐘平均功率和求最大需量做準(zhǔn)備的。假設(shè)1分鐘內(nèi)有幾個(gè)脈沖計(jì)入“1分鐘平均功率”存貯單元中，那么，一分鐘平均功率P1為 同樣，令P2等于第2個(gè)“1分鐘平均功率”，P3等于第3個(gè)“1分鐘平均功率”，等于第j分鐘的“1分鐘平均功率”，則 P(1),p(2),......p(j)是滑差時(shí)間為1分鐘的需量，其中最大者為這段時(shí)間內(nèi)的最大需量。即 式中的PM為最大需量。 滑差時(shí)間為3分鐘，5分鐘，15分鐘時(shí)，只是Pj中序號j有所區(qū)別而已。綜上所述填寫“1分鐘平均功率存貯單元”，是中斷程序的工作，取走“1分鐘平均功率”，用“1分鐘平均功率”求最大需量是主程序的工作。 至此，我們用主程序框圖和中斷數(shù)據(jù)服務(wù)程序框圖說明了電子式多功能電能表，是怎樣計(jì)量電能的，是怎樣計(jì)量分時(shí)電能的，怎樣計(jì)算功率的，怎樣求得最大需量的?；貞浂喙δ茈娔鼙矶x：由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元組成，除計(jì)量有功（無功）電能外，還具有分時(shí)、測量需量等兩種以上功能、并能顯示、儲存和數(shù)據(jù)輸出的電能表。定義中的絕大多數(shù)內(nèi)容都已進(jìn)行了詳細(xì)地介紹。數(shù)據(jù)輸出問題將在第六節(jié)中介紹。第五節(jié) 誤差補(bǔ)償原理 本節(jié)僅介紹電能計(jì)量誤差及其補(bǔ)償方法。引起誤差的原因較多：如溫度、電壓、工頻頻率等外界條件影響；電壓、電流變換線路元器件的分散性的影響；以及電能計(jì)量的方法等。外界條件影響往往由硬件設(shè)計(jì)解決，有些要加硬件補(bǔ)償電路，如霍爾傳感器對溫度最敏感，可能需要溫度補(bǔ)償線路。電壓傳感放大線路和電流傳感放大線路引起幅值與相位誤差，是誤差的主要來源。本節(jié)重點(diǎn)分析幅值誤差與相位誤差的軟件與硬件補(bǔ)償方法。 1．14 軟件補(bǔ)償法 首先請參閱第一節(jié)（圖16）單芯片A/D采樣數(shù)值計(jì)算原理的電子式多功能電能表，研究PT、CT和A/D的前置運(yùn)算放大器引入的相位誤差和幅值誤差對電能表的精度有什么影響。 ,代表沒有附加誤差時(shí)一個(gè)周期之內(nèi)電能計(jì)算公式。其中，代表正弦波周期，、是電流電壓的有效值。為相差。假定由PT、CT或A/D采樣引入一個(gè)相位誤差的情況，那時(shí)計(jì)算電能值就變成 電能表誤差用δ表示，那么 式中: ——電流、電壓相位差 ——附加相位差上式說明電能表誤差不但與有關(guān)，還與附加相位差有關(guān)。一般情況，既有幅值誤差又有相位誤差時(shí)，令 式中: —— 實(shí)際電壓幅值  —— 實(shí)際電流幅值  —— 理論電壓幅值 —— 理論電流幅值 令 ,則 a 0 U I39。 d b I ε Ψ0 t I P39。 f c P圖124 幅值誤差, 相位誤差對瞬時(shí)功率的影響 0 t 幅值與相位的影響可從分時(shí)采樣求瞬時(shí)功率的圖示中看出:當(dāng)沒有附加相位差時(shí), 式中：—— 表示瞬時(shí)功率 —— 表示理論電壓瞬時(shí)值 —— 表示理論電流瞬時(shí)值 當(dāng)電流有幅值和相位誤差時(shí)，瞬時(shí)功率等于 式中: —— 表示實(shí)際電流值代表了由于幅值誤差和相位誤差引進(jìn)的功率誤差。任何一只電能表經(jīng)電壓互感器變換,經(jīng)電流互感器變換,又經(jīng)A/D的前置運(yùn)算器放大,由于元器件的分散性,A/D采樣所遇到的電壓、電流之間存在一個(gè)相位誤差和一個(gè)乘積的幅值誤差。實(shí)際上電能計(jì)量芯片都是按計(jì)算電能的。所謂軟件補(bǔ)償方法就尋找一個(gè)、的函數(shù)使得按實(shí)際電能計(jì)算公式計(jì)算出的乘以近似等于，即 為了更簡明的了解軟補(bǔ)償過程,請看下圖(圖125) A/DPT與前置機(jī)放大 CT與前置機(jī)放大 圖125 軟件補(bǔ)償示意圖 外線電壓、電流是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，相位差為。一個(gè)周期的電能。我們把叫理論值。因?yàn)榘从?jì)算出的電能是用戶真正消耗的電能。但是，PT，CT與A/D的前置放大器引入了幅值誤差和相位誤差。 使電壓、電流變?yōu)榻?jīng)A/D采樣變?yōu)閿?shù)字量j=1，2，……單片機(jī)利用第三節(jié)給出的A/D采樣用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算求電能時(shí),一個(gè)周期的電能用表示,則 因?yàn)楹蹬c相位誤差,所以計(jì)算所得電能也含幅值與相位誤差。,使得 即 就叫做軟件補(bǔ)償系數(shù)。這種補(bǔ)償方法被稱為軟件補(bǔ)償。 硬件補(bǔ)償方法請參看(圖126). U(tj)CPU I(tj) J=1,2,3…,n A/D補(bǔ)償電路PT與前置放大 補(bǔ)償電路CT與前置放大 圖126 硬件補(bǔ)償示意圖外線電壓經(jīng)過PT、CT與前置放大以后,輸出已包含幅值與相位誤差,如果在電壓、電流轉(zhuǎn)換線路中加入模擬補(bǔ)償電路使其輸出恢復(fù)為狀態(tài)。計(jì)算機(jī)取樣后，只需計(jì)算 即可。計(jì)算結(jié)果是準(zhǔn)確的。 硬件補(bǔ)償電路大致有二種補(bǔ)償方法：一種利用電位器和半可調(diào)電容調(diào)整；第二種利用阻容網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。在測量電路加可調(diào)元器，可能會引起誤差漂移，一般認(rèn)為在計(jì)量電路中，不允許使用可調(diào)元器件，所最好的方法加阻容網(wǎng)絡(luò)。 比較（圖125）和（圖126）兩個(gè)示意圖知道，軟件補(bǔ)償在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，硬件補(bǔ)償在計(jì)算機(jī)外部進(jìn)行。 比較軟硬件補(bǔ)償方法，軟件補(bǔ)償至少有以下五個(gè)好處：（1） 軟件補(bǔ)償省去了補(bǔ)償線路，對PT、CT和運(yùn)算放大器一致性要求降低。（2） 軟件可以多點(diǎn)補(bǔ)償，能使補(bǔ)償后的誤差曲線趨向平直。（3） 由于是軟件補(bǔ)償可以用計(jì)算機(jī)自動調(diào)校，把繁瑣的調(diào)表工作變成計(jì)算機(jī)控制自動進(jìn)行，提高了精度，節(jié)約了校表時(shí)間。（4） 把傳統(tǒng)的電能表調(diào)試方法，從不平衡負(fù)載條件下一相一相調(diào)校改為平衡負(fù)載條件下三相一起調(diào)校，（5） 在平衡負(fù)載調(diào)?；A(chǔ)上找到一個(gè)基礎(chǔ)值，調(diào)整基礎(chǔ)值可以使誤差曲線平移。第六節(jié) 通訊技術(shù) 具有通訊功能是電子式多功能電能表的一個(gè)重要特點(diǎn)。電能表與外界通訊實(shí)質(zhì)上是電能表內(nèi)單片機(jī)與外界通訊。本節(jié)介紹電子式電能表是怎樣與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的。 以兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通訊或以一個(gè)計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行通訊為例介紹通訊基本概念。①串行通訊與并行通訊 信息交換方式有兩種： 并行通訊——數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送；串行通訊——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送，如（圖127）。 圖127 并行通信與串行通信 從圖中可以看到，并行通訊數(shù)據(jù)有多少位就要有多少條傳送線，而串行通訊只要一條傳送線。串行通訊節(jié)省傳送線，特別是當(dāng)位數(shù)很多，傳輸距離很長時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更突出。但串行通訊速度慢。若并行通訊傳送需要的時(shí)間為T，則串行傳送至少為NT（其中N為位數(shù)）。電子式多功能電能表與外界通訊都是串行的。下面將對串行通訊進(jìn)一步介紹。②波特率（Baud rate） CPU要想把自已內(nèi)部的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的方式串行傳送給外界，必須規(guī)定一個(gè)發(fā)送速度，外界要想收到這些串行數(shù)據(jù)也必須按同一速度接收。這個(gè)傳送速度就叫波特率。如CPU以每積1200位二進(jìn)制數(shù)碼的發(fā)送速度向外發(fā)送，外界設(shè)備也必須以每秒1200位速度才能把這些二進(jìn)制數(shù)碼接收下來，我們稱其傳送速度為1200波特，每位傳送時(shí)間Td為波特率的倒數(shù)： 波特率是串行通訊重要參數(shù)，波特率也是衡量信道頻寬的指標(biāo)。③同步傳送與異步傳送 假設(shè)計(jì)算機(jī)從傳送開始到傳送結(jié)束都以同樣的波特率把自己的所有數(shù)據(jù)串行傳送給外界，這種傳送方式稱為串行同步傳送。串行同步傳送一般用兩條傳送線，一條傳同步信號，一條傳數(shù)據(jù)。 圖128 同步傳送 上圖CPU可把10010┅一串?dāng)?shù)據(jù)源源不斷地傳送給外界。用同步信號前沿辯認(rèn)數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，同步信號起著協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)與外界的收發(fā)速率的作用。兩條線對遠(yuǎn)距離傳輸也是不可取的，成本很高，如果取消同步信號，只是規(guī)定相同的波特率，由于計(jì)算機(jī)與外界之間速率差異，積累誤差越來越大，可能發(fā)生“認(rèn)錯(cuò)”現(xiàn)象。為了解決“錯(cuò)認(rèn)”問題提出異步通訊概念。 異步通訊基本方法是把串行數(shù)據(jù)流分成若干組，每組二進(jìn)制數(shù)目個(gè)數(shù)相等。一組二進(jìn)制數(shù)組成一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字符。典型的字符格式下圖（129） 圖129 字符格式 一個(gè)字符由一個(gè)起始位，一個(gè)停止位，812數(shù)據(jù)位和一個(gè)奇偶校驗(yàn)位組成。起始位下降邊指示傳送開始。從這一時(shí)刻開始按雙方約定的波特率傳送數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。停止位數(shù)據(jù)變?yōu)椤?”，下邊是空閑位，等待下一個(gè)起始位再傳送。從上面介紹中我們知道所謂異步串行通訊是字符與字符之間異步的，字符內(nèi)部以起始位下降邊為起點(diǎn)，還是同步的。④單工與雙工 （a）單工 （b）半雙工 （c）雙工 圖130 通信方式 串行通訊中，數(shù)據(jù)在通訊線路上傳送方式有三種：單工方式、半雙工方式和全雙工方式。單工方式：如（圖130a）只允許數(shù)據(jù)按一個(gè)固定方向傳送，A只能發(fā)送，叫發(fā)送器，B方只能接受，叫接收器。 （圖130b）為半雙工：數(shù)據(jù)既能從A傳到B，也能由B傳到A，因此A、B都是收發(fā)器，但由于A、B之間只有一條線，信號只能分時(shí)在兩個(gè)方向傳輸，不能同時(shí)雙向傳輸，所以稱為半雙工。在待命時(shí)，A、B雙方向都處于接受方式以便隨時(shí)響應(yīng)對方的呼叫。 （圖130c）為全雙工：A、B都是收發(fā)器，且由于相互之間有兩根線，A、B可同時(shí)接收或發(fā)送。顯然，為了實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，發(fā)、收資源必須完全獨(dú)立，數(shù)據(jù)通道必須完全分開。在A、B雙方控制邏輯的協(xié)調(diào)下，才可以實(shí)現(xiàn)真正的雙工方式。電子式多功能電能表與外界通訊一般采用串行異步半雙工通訊方式。⑤RS232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口 RS232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232C的機(jī)械特性要求：規(guī)定使用一個(gè)25芯標(biāo)準(zhǔn)連接頭，每個(gè)引腳有固定的定義，結(jié)合功能特性，給出在（表14）（表14）RS232C接口插頭引腳信號引腳號說明引腳號說明*1保護(hù)地14（輔信道）發(fā)送數(shù)據(jù)*2發(fā)送數(shù)據(jù)*15發(fā)送信號無定時(shí)（DCE為源）*3接收數(shù)據(jù)16（輔信道）接收數(shù)據(jù)*4請求發(fā)送（RTS）17接收信號無定時(shí)（DCE）為源*5允許發(fā)送（CTS，或清除發(fā)送）18未定義*6數(shù)傳機(jī)（DCE）準(zhǔn)備好19（輔信道）請求發(fā)送（RTS）*7信號地（公共回線）*20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好*8接收線信號檢測*21信號質(zhì)量檢測*9（保留供數(shù)傳機(jī)測試）*22振鈴指示10（保留供數(shù)傳機(jī)測試）*23數(shù)據(jù)信號速率選擇（DTE/DCE為源）11未定義*24發(fā)送信號無定時(shí)（DTE為源）12（輔信道）接收線信號檢測25未定義13（輔信道）允許發(fā)送（CTS）