【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量單元完成對外線交流電壓、交流電流的計量工作，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)）代表計量特性。K用每千瓦時多少個脈沖表示，即imp/kWh。如K=5000imp/kWh。并向單片機發(fā)出中斷請求。單片機響應(yīng)中斷后，中斷主程序，進入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序第一項任務(wù)是保護現(xiàn)場，就是把主程序運行參數(shù)送入先進后出的堆棧，以便恢復(fù)主程序時使用。第二項任務(wù)就是把這個脈沖所代表的電量加到總電量之中，這條程序?qū)崿F(xiàn)了總電量的計量，第三項根據(jù)主程序告訴的時段特性把這個脈沖所代表的電量再寫到相應(yīng)的費率時段中。這條程序?qū)崿F(xiàn)了分時計費功能。第四項任務(wù)是把這個脈沖所代表的能量再寫到“1分鐘功率的存貯單元”中。這項工作是為求得1分鐘平均功率和求最大需量做準備的。假設(shè)1分鐘內(nèi)有幾個脈沖計入“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“1分鐘平均功率”，P3等于第3個“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)是滑差時間為1分鐘的需量，其中最大者為這段時間內(nèi)的最大需量。即 式中的PM為最大需量。 滑差時間為3分鐘，5分鐘，15分鐘時，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，是怎樣計量電能的，是怎樣計量分時電能的，怎樣計算功率的，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，除計量有功（無功）電能外，還具有分時、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)容都已進行了詳細地介紹。數(shù)據(jù)輸出問題將在第六節(jié)中介紹。第五節(jié) 誤差補償原理 本節(jié)僅介紹電能計量誤差及其補償方法。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；以及電能計量的方法等。外界條件影響往往由硬件設(shè)計解決，有些要加硬件補償電路，如霍爾傳感器對溫度最敏感，可能需要溫度補償線路。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)重點分析幅值誤差與相位誤差的軟件與硬件補償方法。 1．14 軟件補償法 首先請參閱第一節(jié)（圖16）單芯片A/D采樣數(shù)值計算原理的電子式多功能電能表，研究PT、CT和A/D的前置運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一個周期之內(nèi)電能計算公式。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采樣引入一個相位誤差的情況，那時計算電能值就變成 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，令 式中: —— 實際電壓幅值  —— 實際電流幅值  —— 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, 相位誤差對瞬時功率的影響 0 t 幅值與相位的影響可從分時采樣求瞬時功率的圖示中看出:當沒有附加相位差時, 式中：—— 表示瞬時功率 —— 表示理論電壓瞬時值 —— 表示理論電流瞬時值 當電流有幅值和相位誤差時，瞬時功率等于 式中: —— 表示實際電流值代表了由于幅值誤差和相位誤差引進的功率誤差。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、電流之間存在一個相位誤差和一個乘積的幅值誤差。實際上電能計量芯片都是按計算電能的。所謂軟件補償方法就尋找一個、的函數(shù)使得按實際電能計算公式計算出的乘以近似等于，即 為了更簡明的了解軟補償過程,請看下圖(圖125) A/DPT與前置機放大 CT與前置機放大 圖125 軟件補償示意圖 外線電壓、電流是標準的正弦波，相位差為。一個周期的電能。我們把叫理論值。因為按計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，……單片機利用第三節(jié)給出的A/D采樣用計算機進行數(shù)值計算求電能時,一個周期的電能用表示,則 因為含幅值與相位誤差,所以計算所得電能也含幅值與相位誤差。,使得 即 就叫做軟件補償系數(shù)。這種補償方法被稱為軟件補償。 硬件補償方法請參看(圖126). U(tj)CPU I(tj) J=1,2,3…,n A/D補償電路PT與前置放大 補償電路CT與前置放大 圖126 硬件補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償電路使其輸出恢復(fù)為狀態(tài)。計算機取樣后，只需計算 即可。計算結(jié)果是準確的。 硬件補償電路大致有二種補償方法：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，一般認為在計量電路中，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）兩個示意圖知道，軟件補償在單片機內(nèi)部進行，硬件補償在計算機外部進行。 比較軟硬件補償方法，軟件補償至少有以下五個好處：（1） 軟件補償省去了補償線路，對PT、CT和運算放大器一致性要求降低。（2） 軟件可以多點補償，能使補償后的誤差曲線趨向平直。（3） 由于是軟件補償可以用計算機自動調(diào)校，把繁瑣的調(diào)表工作變成計算機控制自動進行，提高了精度，節(jié)約了校表時間。（4） 把傳統(tǒng)的電能表調(diào)試方法，從不平衡負載條件下一相一相調(diào)校改為平衡負載條件下三相一起調(diào)校，（5） 在平衡負載調(diào)?；A(chǔ)上找到一個基礎(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重要特點。電能表與外界通訊實質(zhì)上是電能表內(nèi)單片機與外界通訊。本節(jié)介紹電子式電能表是怎樣與外界進行數(shù)據(jù)通訊的。 以兩個計算機之間進行通訊或以一個計算機與外部設(shè)備進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，特別是當位數(shù)很多，傳輸距離很長時，這個優(yōu)點更突出。但串行通訊速度慢。若并行通訊傳送需要的時間為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。這個傳送速度就叫波特率。如CPU以每積1200位二進制數(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。③同步傳送與異步傳送 假設(shè)計算機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┅一串數(shù)據(jù)源源不斷地傳送給外界。用同步信號前沿辯認數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，同步信號起著協(xié)調(diào)計算機與外界的收發(fā)速率的作用。兩條線對遠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，由于計算機與外界之間速率差異，積累誤差越來越大，可能發(fā)生“認錯”現(xiàn)象。為了解決“錯認”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，每組二進制數(shù)目個數(shù)相等。一組二進制數(shù)組成一個字節(jié)或一個字符。典型的字符格式下圖（129） 圖129 字符格式 一個字符由一個起始位，一個停止位，812數(shù)據(jù)位和一個奇偶校驗位組成。起始位下降邊指示傳送開始。從這一時刻開始按雙方約定的波特率傳送數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。停止位數(shù)據(jù)變?yōu)椤?”，下邊是空閑位，等待下一個起始位再傳送。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，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，信號只能分時在兩個方向傳輸，不能同時雙向傳輸，所以稱為半雙工。在待命時，A、B雙方向都處于接受方式以便隨時響應(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可同時接收或發(fā)送。顯然，為了實現(xiàn)全雙工傳輸，發(fā)、收資源必須完全獨立，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標準串行接口 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準。 RS232C的機械特性要求：規(guī)定使用一個25芯標準連接頭，每個引腳有固定的定義，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（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（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（DCE）準備好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)傳機測試）*22振鈴指示10（保留供數(shù)傳機測試）*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（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）