CN103439876B - 电能表时钟校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力技术领域，提供了一种电能表时钟校准方法，包括以下步骤：选择相同批次的时钟芯片；设定时钟芯片的频率温度曲线对称轴补偿参数；为所述时钟芯片进行温度校准；获得所述时钟芯片的原始误差；为每个时钟芯片写入同样的顶点补偿参数，矫正误差。

Description

电能表时钟校准方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种电能表时钟校准方法。

背景技术

随着智能电网的不断发展，作为电网最基础终端的电能表也有了飞速的发展，按照不同季节、不同日期、不同时间分别计费的智能费控电能表已经成为电能表的发展趋势，但是，此种电能表的收费的公平合理是以高精度的系统时钟保证的。

因此，如何提供一种能够进行批量生产的电能表时钟校准方法是一个需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，提供一种电能表时钟校准方法。

本发明是这样实现的，一种电能表时钟校准方法，包括以下步骤：

选择相同批次的时钟芯片；

获得时钟晶体频率温度曲线的对称轴，根据高低温实验所得出的对称轴的值统一设定1kHz温度补偿曲线的补偿参数；

为所述时钟芯片进行温度校准；

获得所述时钟芯片的原始误差，具体是根据当前温度实际值与设置的对称轴补偿参数，所述时钟芯片产生出1kHz脉冲的原始误差值；

根据所述时钟晶体输出的实际脉冲和所述1kHz脉冲原始误差值，获得顶点补偿参数，为每个时钟芯片输入顶点补偿参数以矫正误差，获得最终的脉冲输出；

对于超差的时钟芯片，根据其当前误差写入其顶点补偿参数。

上述电能表时钟校准方法可以在批量生产电能表的时候统一设置参数。提高了时钟校准的精度。避免了通过烧写器一一设置和调节的繁琐。大大提高了设置的效率，同时减少校准过程中人为的操作失误，大大节省生产时间和人工成本。

附图说明

图1是本发明电能表时钟校准方法的流程图。

图2是本发明电能表时钟校准方法中的温度误差值、温度补偿的值与晶体输出频率的曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1是电能表时钟校准方法的流程图。步骤S10，选择相同批次的时钟芯片。

同一批次的时钟芯片一致性很好。因而在使用相同批次时钟芯片大规模生产中，根据这条事实能够可靠地简化设置过程。首先，经过试验确定，同一批次的时钟芯片相互之间的对称轴差距很小。所以关于这个参数的设置所有的芯片都可以使用同一个值。这样就可以简化第一个参数的设置。其次，还是由于同批次一致性，因为对称轴参数相同；电能表在相同的温度环境使用的温度补偿相同；电能表的印刷线路板和贴片工艺相同。那么和标准值之间比较起来。最终每块芯片的输出的频率偏差是很靠近的。经反复实验可以确定最后的补偿可以使用单一的误差来设置同一批次的芯片。补偿以后的输出频率在标准许可范围之内。基于这两点就可以简化生产中的设置，大大提高生产效率。

步骤S11，设定时钟芯片的频率温度曲线对称轴补偿参数。具体为：获得时钟晶体频率温度曲线的对称轴，1kHz温度补偿曲线的补偿参数根据高低温实验所得出的对称轴的值来统一设定。

步骤S12，为所述时钟芯片进行温度校准。具体为：将电能表置于校表环境温度下以达到热平衡；上架校表，并及时校正温度，避免由于电能表通电工作而使得电能表的真实温度偏离环境温度。

步骤S13，获得所述时钟芯片的原始误差。具体为：根据当前温度实际值与设置的对称轴补偿参数；所述时钟芯片产生出1kHz脉冲的原始误差值。其中，所述当前温度实际值是电能表当前温度AD转换真值。所述时钟芯片利用微调脉冲来补偿所述时钟晶体振荡器的固有偏差，从而实现高精度时钟输出。所述时钟晶体振荡器的补偿曲线中曲线的整体幅值与对称轴均为可设参数。

步骤S14，为每个时钟芯片写入同样的顶点补偿参数，矫正误差。具体为：根据所述时钟晶体输出的实际脉冲和所述1kHz脉冲原始误差值，获得顶点补偿参数；为每个时钟芯片输入顶点补偿参数以矫正误差，获得最终的脉冲输出。

步骤S15，对于超差的时钟芯片，根据其当前误差写入其顶点补偿参数。

在本实施方式中，时钟芯片是设置于单片机内部的FM3308。FM3308在输出时钟脉冲上采用TTF（Time Trimming Function，时基软件调校）技术控制精度，以便满足国网的要求。TTF指利用微调脉冲来补偿晶体振荡器的固有偏差，从而实现高精度时钟输出。FM3308的1Hz输出经调整后经PLL1倍频可以产生1s信号，从而保证了1Hz输出的稳定性。FM3308通过如下办法调校时钟：通过FM3308自带的温度传感器采集当前温度；根据晶振的频率温度曲线抛物线公式，计算出对振荡器固有偏差的理论补偿值；软件将计算出的值写入寄存器OSCADJUST和ADSIGN；FM3308在20s中每10秒根据寄存器OSCADJUST和ADSIGN的值对时钟进行一定量的增减。

由于FM3308并没有内置32768晶振及负载电容，32768晶振必须外部焊接。此外部焊接晶振的负载电容就包括引脚对地电容、集成电路的电容还有PCB版产生的电容。此负载电容的的值就是=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C。式中Cd，Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic是集成电路内部电容，△C是PCB板上电容。

为了使晶振实际的频率温度曲线与数据手册上给出的接近，以上的负载电容必须在6pF~12.5pF，此数值是32768晶振数据手册给出的匹配电容值。因此时钟的精度主要依赖于以下因素：焊接的晶振的频率温度曲线与软件中抛物线公式的吻合程度；温度传感器采集的温度与晶振实际温度的一致性。焊接的2个晶振脚上对地的电容；PCB板上的分布电容；集成电路内部电容。

根据实验，可获得具体的输出1kHz频率和环境温度的关系，数据如下表格所示：

根据频率和温度关系可以看出晶体的特征是一个曲线。所以要想输出合乎要求的频率，就必须对输出的频率进行补偿。这种补偿关键在于拿到曲线的对称轴所在温度。还有曲线顶点时候对应的输出频率具体是多少。因此，整个校正补偿过程就可以围绕着这两点进行。

校准的核心就是让补偿曲线和晶体特征曲线同对称轴，并对齐曲线顶点。实验可以发现影响时钟输出精度的原因主要是电路板负载电容的影响和不同晶振的温度特性差异的影响。相同版本的PCB板的电容都是一致的，使用不同版本的PCB此电容就会发生变化。如果此类型电能表更换了不同版本的PCB版，那么对于时钟误差要重新校准，这是因为受到线路板负载电容改变的影响。如果PCB板版本相同而使用的晶振批次不同，那么不同批次的时钟误差也需要重新校准，这是因为不同批次的晶体特征不同的原因。

请参阅图2是电能表时钟校准方法中的温度误差值、温度补偿的值与晶体输出频率的曲线示意图。需要补偿的值由图上曲线2部分表示出来，曲线1是PPM（PartsPerMillion，温度误差值），曲线2是温度补偿的值，曲线3是晶体输出频率。为了对时钟输出精度进行校准，在校表过程中增加使用如下参数来表达这个补偿：对称轴补偿参数，对晶振温补曲线对称轴进行调整；温度补偿参数，对表计实际温度进行调整；当前温度，记录表计当前温度AD转换真值；顶点补偿参数，对晶振温补曲线顶点幅值进行调整。

根据以上原理说明，我们可以知道想要令电能表的时钟符合要求，只需对每块单片机设置相应参数：对称轴参数，温度补偿参数，当前温度，顶点补偿参数即可。然而实际生产中如果一颗颗芯片分别设置符合该块芯片的参数，必然是效率低下。芯片本身独特的校准要求和大规模制造表计中对生产效率的要求就是一对矛盾。本文就提出了一种兼顾二者的校准技术。经生产实践完全能可靠有效。

在本实施方式中，温度校准注意事项为温度测量的准确与否直接影响对时钟的高低温补偿系数是否精确。影响温度校准的主要因素是：计实际温度是否与环境温度相一致，达到热平衡；实际的环境温度是否稳定且可精确测量。因此，电能表需置于校表环境温度下，使之热平衡令电能表达到校表环境温度，然后正式上架校表；上架后通电应及时校正温度，避免由于表计通电工作发热使得表计的真实温度偏离环境温度。对于大多数表默认温度值已经较准确，极个别表的默认温度会与实际温度偏差较大，需要校准。因此在选择当时的环境温度时，应参考表计中显示的温度值。

晶振选择注意事项是时钟的输出精度主要依赖于晶振的实际输出曲线和实际补偿曲线的一致性，在软件的补偿曲线中对曲线的整体幅值及对称轴都做成可设参数，但曲线的K值固定且按照精工提供的晶振参数定制。因此在选择晶振时一定要选择精工的晶振，而对于同一品牌的晶振其振体特性仍然具有离散性，针对每一块表进行温补曲线的校准显然不可能，因此在计划、采购、制造环节保证同一批次表配备同一批次的晶振。如不能同批次匹配时，生产时需对批量补偿参数重新测定设置。

生产工艺注意事项是对于批量电能表准确确定时钟批量补偿参数是一个非常重要的问题。时钟曲线的对称轴主要受到晶振的切割特性的影响，同时会受到PCB板分布电容的影响，因此在批量生产时晶振批次更换或PCB板加工工艺（主要是不同表型的PCB板的影响）改变时均需在批量生产前确认好该批次时钟批量补偿参数。

本项技术提供的电能表时钟校准方法可以在批量生产电能表的时候统一设置参数。提高了时钟校准的精度。避免了通过烧写器一一设置和调节的繁琐。大大提高了设置的效率，同时减少校准过程中人为的操作失误，大大节省生产时间和人工成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电能表时钟校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择相同批次的时钟芯片；

获得时钟晶体频率温度曲线的对称轴，根据高低温实验所得出的对称轴的值统一设定1kHz温度补偿曲线的补偿参数；

为所述时钟芯片进行温度校准；

获得所述时钟芯片的原始误差，具体是根据当前温度实际值与设置的对称轴补偿参数，所述时钟芯片产生出1kHz脉冲的原始误差值；

根据所述时钟晶体输出的实际脉冲和所述1kHz脉冲原始误差值，获得顶点补偿参数，为每个时钟芯片输入顶点补偿参数以矫正误差，获得最终的脉冲输出；

对于超差的时钟芯片，根据其当前误差写入其顶点补偿参数。

2.如权利要求1所述的电能表时钟校准方法，其特征在于，所述为所述时钟芯片进行温度校准这一步骤具体包括以下步骤：

将电能表置于校表环境温度下以达到热平衡；

上架校表，并及时校正温度，避免由于电能表通电工作而使得电能表的真实温度偏离环境温度。

3.如权利要求1所述的电能表时钟校准方法，其特征在于，所述当前温度实际值是电能表当前温度AD转换真值。

4.如权利要求1所述的电能表时钟校准方法，其特征在于：所述时钟芯片利用微调脉冲来补偿时钟晶体振荡器的固有偏差，从而实现高精度时钟输出。

5.如权利要求4所述的电能表时钟校准方法，其特征在于：所述时钟晶体振荡器的补偿曲线中曲线的整体幅值与对称轴均为可设参数。