CN104035062A - 一种基于att7022e计量芯片的高精度校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法涉及一种ATT7022E计量芯片的应用，涉及电力测量和计量设备，是一种能极大的提高该类设备的测量和计量精度，并且能大幅度简化设备在出厂校准阶段工作量的方法。方法为基于ATT7022E计量芯片厂家提供的理论计算方法，根据实际产品的设计要求计算出理论值，使微控制器MCU捕获的脉冲间隔t1与理论值t2之间的误差保持在一个可以接受的最小范围之内；此时微控制器MCU记住最新的HFConst寄存器的值，每次在设备启动时写入高频脉冲常数寄存器；从而，提高ATT7022E计量芯片的计量精度。

Description

一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法
技术领域
本发明一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法涉及一种ATT7022E计量芯片的应用，涉及电力测量和计量设备，是一种能极大的提高该类设备的测量和计量精度，并且能大幅度简化设备在出厂校准阶段工作量的方法。
背景技术
ATT7022E是一款具有比较优秀性能的测量与计量芯片，目前国内外有很多设备制造商在使用这款芯片开发产品。芯片厂商为用户提供了参考设计，尤其是对直接影响测量和计量精度的前端采样电路参数的选择和相关寄存器值的选择提供了推荐值，这些值完全由设计初期所指定的参数以及所使用的***电子元器件的理论参数计算得来。当元器件的实际参数与理论值存在差异时（这是不可避免的），通过理论值计算出来的参数就会产生误差，如果产生的误差大，则测量设备的测量与计量精度低，设备的性能就差，这在重要的监测设备和计费计量设备中是致命的缺陷，或将限值该类设备的使用范围。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法，简化设备生产调试过程中相关环节的复杂度，提高生产效率，从而减小因元器件的实际参数与理论参数之间的误差给ATT7022E计量芯片带来的误差，提高设备精度。
一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法是采取以下技术方案实现的：基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法包括如下步骤，
基于ATT7022E计量芯片厂家提供的理论计算方法，根据实际产品的设计要求计算出理论值，具体包括：
1）确定设备接入线路的一次侧电压和电流的额定值；
2）根据步骤1）中确定的电压和电流额定值，确定电压互感器和电流互感器，并得到电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值；
3）根据步骤2）所述的电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值，确定ATT7022E计量芯片的前端采样电阻的阻值；
4）根据产品的设计要求确定计量脉冲的脉冲常数N；
5）将步骤1）、2）、3）、4）中的参数代入芯片厂商提供的高频脉冲常数寄存器值计算公式进行计算，并将计算数值写入高频脉冲常数寄存器；
6）将所述计算数值写入高频脉冲常数寄存器之后，通过高精度标准源给设备的电压互感器和电流互感器接入步骤1）中所述的额定值（例如电压接入220V，电流接入5A），此时ATT7022E计量芯片根据步骤5）中高频脉冲常数寄存器的值从CF1管脚输出电能脉冲；
7）将步骤6）中所述的CF1管脚输出的电能脉冲接入微控制器MCU的中断管脚，由微控制器MCU捕获该脉冲序列并计算出两个脉冲之间的间隔t1；高精度标准源给出当前输出给设备的实际电能值，从而计算出两个连续的电能脉冲之间的准确时间t2；通过t1和t2的对比，得到ATT7022E计量芯片实际计算的电能量与真实值的误差；
8）微控制器MCU通过对比步骤7）中所述t1、t2值，经过步骤5）计算公式，调整HFConst寄存器的值并写入高频脉冲常数寄存器，然后重复步骤6）、7）、8），重新捕获电能脉冲并与理论值进行比对，如此反复若干次，使微控制器MCU捕获的脉冲间隔t1与理论值t2之间的误差保持在一个能够接受的最小范围之内，即当微控制器MCU定时器分辨率为1ms时，选择1~5个定时器计数作为能够接受的误差；
调整时通过微控制器MCU比较t1和t2，如果t1大于t2则将高频脉冲常数寄存器的值改小，否则改大；
9）当脉冲间隔t1与理论值t2的误差足够小时，此时微控制器MCU记住最新的HFConst寄存器的值，每次在设备启动时写入高频脉冲常数寄存器；从而，提高ATT7022E计量芯片的计量精度。
步骤5）所述的计算公式为：
HFConst＝INT[2.592*10^10*G*G*Vu*Vi/(EC*Un*Ib)]，其中Un为参比电压，Ib为额定电流，EC为脉冲常数，Vu是在参比电压输入下，芯片电压采样管脚上对应的电压，Vi是额定电流输入时芯片电流采样管脚上对应的电压，G是常数1.163，所述参数是步骤1）、2）、3）、4）中的参数。
下面对步骤9）中的足够小作出解释：理论上应该是t1与t2相等，但由于脉冲常数的调整粒度较大而无法实现绝对相等，因此采用回归值算法来确定最合适的误差。具体的实现方式是：记录调整过程中导致t1由大于t2变成小于t2的脉冲常数值，由此可以判定该值是最接近t1= =t2的脉冲常数值。
本发明可以极大的提高基于ATT7022E计量芯片开发的计量和测量设备的精度，并且该方法所依赖的硬件十分简单且常见，通常该类型的产品中都具备这些硬件资源；其次该方法的校准流程十分简单，在提高了性能的同时并不会额外的增加生产调试成本，并且在整个过程中不需要人工干预，生产效率可以得到保证。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是ATT7022E计量芯片的CF1管脚部分原理图。
图2是微控制器MCU部分中断捕获原理图。
图3是本发明方法的处理流程图。
具体实施方式
参照附图1~3，本发明基于ATT7022E计量芯片厂家提供的理论计算方法，根据实际产品的设计要求计算出理论值，具体包括：
1）确定设备接入线路的一次侧电压和电流的额定值；
2）根据步骤1）中确定的电压和电流额定值，确定电压互感器和电流互感器，并得到电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值；
3）根据步骤2）所述的电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值，确定ATT7022E计量芯片的前端采样电阻的阻值；
4）根据产品的设计要求确定计量脉冲的脉冲常数N；
5）将步骤1）、2）、3）、4）中的参数代入芯片厂商提供的高频脉冲常数寄存器值计算公式进行计算，并将计算数值写入高频脉冲常数寄存器；
6）将所述计算数值写入高频脉冲常数寄存器之后，通过高精度标准源给设备的电压互感器和电流互感器接入步骤1）中所述的额定值（例如电压接入220V，电流接入5A），此时ATT7022E计量芯片根据步骤5）中高频脉冲常数寄存器的值从CF1管脚输出电能脉冲；
7）将步骤6）中所述的CF1管脚输出的电能脉冲接入微控制器MCU的中断管脚，由微控制器MCU捕获该脉冲序列并计算出两个脉冲之间的间隔t1；高精度标准源给出当前输出给设备的实际电能值，从而计算出两个连续的电能脉冲之间的准确时间t2；通过t1和t2的对比，得到ATT7022E计量芯片实际计算的电能量与真实值的误差；
8）微控制器MCU通过对比步骤7）中所述t1、t2值，经过步骤5）计算公式，调整HFConst寄存器的值并写入高频脉冲常数寄存器，然后重复步骤6）、7）、8），重新捕获电能脉冲并与理论值进行比对，如此反复若干次，使MCU捕获的脉冲间隔t1与理论值t2之间的误差保持在一个能够接受的最小范围之内，即当微控制器MCU定时器分辨率为1ms时，选择1~5个定时器计数作为能够接受的误差；
调整时通过微控制器MCU比较t1和t2，如果t1大于t2则将高频脉冲常数寄存器的值改小，否则改大；
9）当脉冲间隔t1与理论值t2的误差足够小时，此时微控制器MCU记住最新的HFConst寄存器的值，每次在设备启动时写入高频脉冲常数寄存器；从而，提高ATT7022E计量芯片的计量精度。
所述方法应用在便携移动式电量测试记录仪中，该仪器采用ATT7022E计量芯片作为测量和计量核心，采用LPC1788作为微控制器MCU，提供数据管理和人机交互。图1中的CF1端子与图2中的YX1端子通过外部导体连接在一起就构成了有功电能脉冲的捕获回路。ATT7022E的CF1通过图1所示的电路向用户提供有功电能脉冲，微控制器MCU的一个GPIO引脚作为遥信输入，当CF1与YX1连接在一起时微控制器MCU即可捕获到CF1输出的电能脉冲，由于该脉冲为方波，因此微控制器MCU采用上升沿监测的方式来计算相邻脉冲之间的时间间隔。由于微控制器MCU工作在120MHZ，其内部时基的分辨率可以达到微秒级别，这为检测脉冲间隔提供了很好的时间精度。
通过该发明，该便携移动式电量测试记录仪的有功和无功计量精度由原来的1级和2级提高到了0.5级和1级，效果十分明显。

Claims (2)

1.一种基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法，其特征在于：包括如下步骤，
1）确定设备接入线路的一次侧电压和电流的额定值；
2）根据步骤1）中确定的电压和电流额定值，确定电压互感器和电流互感器，并得到电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值；
3）根据步骤2）所述的电压互感器和电流互感器的二次测输出方式和输出值，确定ATT7022E计量芯片的前端采样电阻的阻值；
4）根据产品的设计要求确定计量脉冲的脉冲常数N；
5）将步骤1）、2）、3）、4）中的参数代入芯片厂商提供的高频脉冲常数寄存器值计算公式进行计算，并将计算数值写入高频脉冲常数寄存器；
6）将所述计算数值写入高频脉冲常数寄存器之后，通过高精度标准源给设备的电压互感器和电流互感器接入步骤1）中所述的额定值，此时ATT7022E计量芯片根据步骤5）中高频脉冲常数寄存器的值从CF1管脚输出电能脉冲；
7）将步骤6）中所述的CF1管脚输出的电能脉冲接入微控制器MCU的中断管脚，由微控制器MCU捕获该脉冲序列并计算出两个脉冲之间的间隔t1；高精度标准源给出当前输出给设备的实际电能值，从而计算出两个连续的电能脉冲之间的准确时间t2；通过t1和t2的对比，得到ATT7022E计量芯片实际计算的电能量与真实值的误差；
8）微控制器MCU通过对比步骤7）中所述t1、t2值，经过步骤5）计算公式，调整HFConst寄存器的值并写入高频脉冲常数寄存器，然后重复步骤6）、7）、8），重新捕获电能脉冲并与理论值进行比对，如此反复若干次，使微控制器MCU捕获的脉冲间隔t1与理论值t2之间的误差保持在一个能够接受的最小范围之内，即当微控制器MCU定时器分辨率为1ms时，选择1~5个定时器计数作为能够接受的误差；
调整时通过微控制器MCU比较t1和t2，如果t1大于t2则将高频脉冲常数寄存器的值改小，否则改大；
9）当脉冲间隔t1与理论值t2的误差足够小时，此时微控制器MCU记住最新的HFConst寄存器的值，每次在设备启动时写入高频脉冲常数寄存器；从而，提高ATT7022E计量芯片的计量精度。
2.根据权利要求1基于ATT7022E计量芯片的高精度校准方法，其特征在于，所述的步骤5）所述的计算公式为：
HFConst＝INT[2.592*10^10*G*G*Vu*Vi/(EC*Un*Ib)]，其中Un为参比电压，Ib为额定电流，EC为脉冲常数，Vu是在参比电压输入下，芯片电压采样管脚上对应的电压，Vi是额定电流输入时芯片电流采样管脚上对应的电压，G是常数1.163，这些变量均是步骤1）、2）、3）、4）中的参数。
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