一种路灯控制器自动电能校准装置及其方法

技术领域

本发明属于电能计量技术领域，具体涉及一种路灯控制器自动电能校准装置及其方法。

背景技术

智慧路灯现在已经普及到社会的各个角落，智慧路灯功能强大且控制方便。电能计量便是其中特点之一，虽然此功能非常便于使用，但是电能计量校准却不太容易，普通电能计量校准是使用标准表校准设备，从标准表上读出误差，并计算后得出芯片所需要的值然后回填到芯片内部，且需要多次计算，过程繁多复杂。这对生产部门的技术要求较高，且时间长、效率低。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种路灯控制器自动电能校准装置及其方法，能够对电能计量芯片的电能进行自动校准，速度快，准确性高。

技术方案：本发明所述的路灯控制器自动电能校准装置，包括单片机、电能计量芯片、存储芯片、电源电路、输出控制电路；标准源经电压互感器、电流互感器与电能计量芯片相连，所述电源电路与单片机、存储芯片均相连，所述单片机通过输出控制电路与路灯相连；所述电能计量芯片的脉冲输出引脚连接至所述单片机的中断输入引脚，所述电能计量芯片的数据输入引脚、数据输出引脚分别连接至单片机的数据输入输出引脚；所述单片机内设有定时器，单片机的中断端口接收电能计量芯片的电能脉冲信号输入形成中断并读取定时器的时间，所述单片机根据定时器时间计算电能脉冲周期和初步误差，并根据电能计量芯片的预设规则计算功率增益校正值回写至电能计量芯片的寄存器内，所述电能计量芯片调用寄存器内的功率增益校正值得到校准后的电能值。

进一步完善上述技术方案，所述单片机的中断端口每次接收电能计量芯片的电能脉冲信号输入时形成中断并读取定时器的时间，所述单片机连续读取若干次定时器时间，根据读取的定时器时间和次数计算电能脉冲周期的平均值和初步误差。

进一步地，所述单片机的中断端口每次接收电能计量芯片的电能脉冲信号输入时形成中断并读取定时器的时间，所述单片机连续读取10次定时器时间，根据读取的定时器时间和次数计算电能脉冲周期的平均值和初步误差。

进一步地，所述单片机还连接有通讯模块用于数据的上传。

进一步地，所述电源电路包括AD-DC模块、稳压模块，标准源经AD-DC模块、稳压模块与单片机相连，单片机控制通讯模块、存储芯片的电源通断。

进一步地，所述输出控制电路包括运放和输出继电器，所述单片机输出控制信号至输出继电器和运放，所述输出继电器控制路灯的开关，所述运放控制路灯的功率。

本发明同时提供了路灯控制器自动电能校准方法，包括如下步骤：

(1)单片机的中断输入接口接收电能计量芯片输出的电能脉冲信号，单片机的数据输入输出接口与电能计量芯片的数据输入、输出接口进行数据传输；

(2)单片机开始定时器，每次中断来临时，单片机读取定时器时间；

(3)单片机根据读取的定时器时间计算电能脉冲周期并与理论脉冲值对比获得初步误差；

(4)设置电能计量芯片的高频脉冲常数HFCONST＝0x0040*(1+err％)；单片机计算功率增益校正值PGAIN＝-err/(1+err)并回写至电能计量芯片的寄存器内；

(5)电能计量芯片调用寄存器的功率增益校正值PGAIN并自动进行电能校准。

进一步地，所述步骤(2)中单片机连续读取10次定时器时间并计算平均值。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明改变了现有标准表校准电能的方式，将电能输出脉冲作为单片机的中断信号，单片机通过定时器计算脉冲时间获得电能计量芯片的实测值，根据实测值与理论脉冲值计算初步误差，再获得增益校正值存储至电能计量芯片的寄存器内，整个过程均由单片机完成，无需人工选择校准值，速度快，效率高；且测量方式精准，采用多次取值计算平均值的方法，能够进一步提高准确性。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明中电能计量芯片的电路图；

图3是本发明中单片机的电路图；

图4是本发明中AC-DC模块的电路图；

图5是本发明中稳压模块的电路图；

图6是本发明中通讯模块的电路图；

图7是本发明中输出控制电路的电路图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1至图7所示路灯控制器自动电能校准装置，包括单片机MCU、通讯模块、电能计量芯片、输出继电器、运放、存储芯片；电能计量芯片选择HT7017，单片机选用STM32F105RBT6，通讯模块选用BC28。

标准源的电压端通过AD-DC模块、稳压模块连接到单片机的电源接口上，电流端串联到路灯接口，标准源通过电压互感器、电流互感器与电能计量芯片相连。单片机连接有通讯模块用于数据的上传，单片机连接有存储芯片用于电能数据的存储、程序更新等，单片机能够控制通讯模块、存储芯片电源的通断。单片机通过输出继电器控制路灯的开关，并通过运放调整路灯的功率进行调光。

电能计量芯片的脉冲输出引脚PF连接至单片机的输入中断引脚PB7，电能计量芯片的数据输出引脚TX、数据输入引脚RX连接至单片机的数据输入输出引脚PB10、PB11。在计量开始时单片机切断通讯模块、存储芯片的电源，单片机的使能接口输入中断，并开启定时器，每次中断来临，在接口中断函数内首先读取定时器的时间，连续读取十次，计算出平均值；然后根据电能计量芯片手册提供的方法算出寄存器的值，回写到电能计量芯片内。

电表常数：电表常数是每度电、电表输出的脉冲数，在老式电表里为圆盘转动的圈数。例如：电表常数为36000，那么使用一度电后电表将输出36000个脉冲。

脉冲时间：电表常数为36000，如果采用220V 1A的供电，那么每个脉冲的时间为454.5ms，计算如下：((1kw.h/220w.h)*3600)/36000＝0.4545秒，即理论脉冲值应该是454.5ms。

单片机开启定时器，电能计量芯片的脉冲输出至单片机的中断接口，每次中断来临，单片机在接口中断函数内读取定时器的时间，计算实测的电能脉冲周期。

使用实测的电能脉冲周期与理论脉冲值进行计算就可以得出初步误差：初步误差＝(标准值-实测值)/实测值。

例如：实测当前单个脉冲时间83.4ms，使用220V 1A的标准值为454.5ms；

误差＝(454.5-83.4)/83.4；误差值err为444.96％。

以市场上一款比较常用的ht7017为例进行电能校准：

1、设置电能计量芯片的高频脉冲常数HFCONST＝0x0040*(1+err％)；

2、计算有功功率、无功功率和视在功率的增益校正值PGAIN：

PGAIN＝-err/(1+err)；

如果PGAIN>＝0，则GP1＝INT[PGAIN*215]；

否则PGAIN<0，则GP1＝INT[216+PGAIN*215]；

通过取整运算，获取增益校正值，单片机通过数据输入输出接口把增益校正值PGAIN回写到电能计量芯片的寄存器GP1内，即可完成比较精确的校准。

3、在校准过程中为了得到比较准确的实际脉冲时间，可以多次读取，计算平均值。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。