一种电能表
阅读：490发布：2020-05-14
专利汇可以提供一种电能表专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种 电能 表，包括：片上系统芯片以及与片上系统芯片的芯片 内核 连接，用于获取芯片内核的寄存器中的数据以进行深化计量的管理芯片，片上系统芯片包括：用于采集 电路 参数，并在 模数转换 之后存储在芯片内核的寄存器中的参数检测模 块 ；与参数检测模块连接，用于读取寄存器中的数据以进行各项 基础 计量数据的计算的芯片内核。应用本 申请 的方案，提高了的数据传输速率，降低了数据传输时 信号 被外界干扰的概率。，下面是一种电能表专利的具体信息内容。
1.一种电能表，其特征在于，包括：片上系统芯片以及与所述片上系统芯片的芯片内核连接，用于获取所述芯片内核的寄存器中的数据以进行深化计量的管理芯片，所述片上系统芯片包括：
用于采集电路参数，并在模数转换之后存储在所述芯片内核的所述寄存器中的参数检测模块；
与所述参数检测模块连接，用于读取所述寄存器中的数据以进行各项基础计量数据的计算的所述芯片内核。
2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述参数检测模块为∑-Δ型高速模数转换器。
3.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片中还包括：与所述芯片内核连接，用于采集温度数据并存储在所述芯片内核中的逐次逼近寄存器型SAR模数转换器ADC。
4.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片的所述芯片内核通过高速串行外设接口SPI与所述管理芯片连接。
5.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，还包括：与所述片上系统芯片的所述芯片内核连接，用于进行电能数据存储的FLASH闪存和/或带电可擦可编程只读存储器EEPROM。
6.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片中还包括：与所述芯片内核连接，用于输出所述芯片内核中存储的数据的电气隔离电路。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片中还包括：
与所述芯片内核连接，用于在所述芯片内核未能接收外部电路供电时提供备用电能的断电保护电路，其中，所述断电保护电路中设置有超级电容作为供电电源。
8.根据权利要求1至6任一项所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片中还包括：
与所述芯片内核连接，用于结合第一外部晶振为所述芯片内核提供高频时钟信号的第一内置实时时钟RTC电路。
9.根据权利要求8所述的电能表，其特征在于，所述片上系统芯片中还包括：与所述参数检测模块连接，用于结合第二外部晶振为所述参数检测模块提供高频时钟信号的第二内置RTC电路。
一种电能表
技术领域
背景技术
[0002] 传统的电能表中，通常是采用“单MCU+计量芯片”的模式，计量芯片负责发出电能脉冲，通过硬件电路对电压电流进行采样，并将采样结果以总线的方式进行输出，即输出至MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)中。此外，部分基础计量数据也由计量芯片通过硬件电路进行计算并发送至MCU，例如电压有效值，有功功率等数据。MCU通过总线获取计量芯片的输出数据，可以进行基础计量数据的计算，例如电价结算，电能质量分析等，此外，MCU还具有显示、通信等各项功能。
[0003] 由于计量芯片通过外部总线的方式将数据传输至MCU，数据传输速率便会受到总线的限制。传统的电能表中，当计量芯片与MCU之间采用高速总线时，数据传输速率受限这一情况并不明显。但是，随着电能表的升级，出现了越来越多的深化计量功能的业务，例如末端感知、非侵入式负荷判断与监测等业务。在进行深化计量功能时，对电能表的计量芯片的采集速度以及电能表的内部通讯速率都提出了更高的需求，计量芯片与MCU之间的总线限制了通讯速率这一问题愈加明显。
[0004] 综上所述，如何提高电能表的数据传输速率，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种电能表，以提高电能表的数据传输速率。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
[0009] 与所述参数检测模块连接，用于读取所述寄存器中的数据以进行各项基础计量数据的计算的所述芯片内核。
[0010] 优选的，所述参数检测模块为∑-Δ型高速模数转换器。
[0013] 优选的，还包括：与所述片上系统芯片的所述芯片内核连接，用于进行电能数据存储的FLASH闪存和/或带电可擦可编程只读存储器EEPROM。
[0014] 优选的，所述片上系统芯片中还包括：与所述芯片内核连接，用于输出所述芯片内核中存储的数据的电气隔离电路。
[0015] 优选的，所述片上系统芯片中还包括：与所述芯片内核连接，用于在所述芯片内核未能接收外部电路供电时提供备用电能的断电保护电路，其中，所述断电保护电路中设置有超级电容作为供电电源。
[0017] 优选的，所述片上系统芯片中还包括：与所述参数检测模块连接，用于结合第二外部晶振为所述参数检测模块提供高频时钟信号的第二内置RTC电路。
[0018] 应用本实用新型实施例所提供的技术方案，包括：片上系统芯片以及与片上系统芯片的芯片内核连接，用于获取芯片内核的寄存器中的数据以进行深化计量的管理芯片，片上系统芯片包括：用于采集电路参数，并在模数转换之后存储在芯片内核的寄存器中的参数检测模块；与参数检测模块连接，用于读取寄存器中的数据以进行各项基础计量数据的计算的芯片内核。
[0019] 本申请的方案中，采用一体式的设计取代传统电能表的“单MCU+计量芯片”的设计。具体的，片上系统芯片包括参数检测模块以及芯片内核，参数检测模块采集电路参数进行模数转化之后，直接存储在芯片内核的寄存器中。因此，芯片内核需要使用数据时，便可以读取寄存器中的数据进行各项基础计量数据的计算。无论是将数据存入自身的寄存器还是读取自身的寄存器中的数据，数据传输速率均远高于通过外部总线的传输速率，例如可以同时读取多个寄存器中的数据，并不会出现传统方案中传输速率受到总线限制的情况。因此，本申请的方案提高了的数据传输速率。此外，由于采用一体式的设计取代传统电能表的“单MCU+计量芯片”的设计，也就降低了数据传输时信号被外界干扰的概率。
附图说明
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本实用新型中一种电能表的结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型一种具体实施方式中的三相表的片上系统芯片的内部结构示意图；
[0023] 图3为本实用新型一种具体实施方式中的单相表的片上系统芯片的内部结构示意图。
具体实施方式
[0024] 本实用新型的核心是提供一种电能表，提高了的数据传输速率，降低了数据传输时信号被外界干扰的概率。
[0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026] 请参考图1，图1为本实用新型中一种电能表的结构示意图，包括：片上系统芯片10以及与片上系统芯片10的芯片内核12连接，用于获取芯片内核12的寄存器中的数据以进行深化计量的管理芯片20，片上系统芯片10包括：
[0027] 用于采集电路参数，并在模数转换之后存储在芯片内核12的寄存器中的参数检测模块11；与参数检测模块11连接，用于读取寄存器中的数据以进行各项基础计量数据的计算的芯片内核12。
[0028] 本申请的电能表可以为三相电能表，也可以为单相电能表，例如图2示出了一种具体实施方式中的三相表的片上系统芯片10的内部结构示意图，图3中示出了一种具体实施方式中的单相表的片上系统芯片10的内部结构示意图。
[0029] 参数检测模块11可以采集电路参数，并进行模数转换，在进行了模数转换之后存储在芯片内核12的寄存器中。考虑到本申请的电能表在实现深化计量业务时，对数据的采集速率要求较高，因此，参数检测模块11通常需要能够实现数据的高速采集。在本实用新型的一种具体实施方式中，参数检测模块11可以为∑-Δ高速ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)，图2的三相表中便是采用了7路∑-Δ高速ADC，图3的单相表的实施方式中参数检测模块11为三路ADC。
[0030] 参数检测模块11可以将高速采集到的电压、电流波形直接缓存在芯片内核12中，具体的，缓存方式直接采用寄存器存储，从而提高数据传输速率。
[0031] 芯片内核12可以读取寄存器中的数据，从而进行各项基础计量数据的计算，当然，计算完毕的各项基础计量数据也可以存储在芯片内核12的相关寄存器中，并且也可以通过相关接口发送至管理芯片20，例如通过UART接口传输至管理芯片20。图3中示出了单相表的一种具体实施方式中，基础计量数据的计量内容，即可以包括通道A/B有功功率，通道A/B无功功率，电压有效值等基础计量数据。在部分场合中，基础计量数据还可以包括电压通道以及电流通道的自检测。芯片内核12在读取寄存器中的数据时，由于可以同时读取多个寄存器中的数据，使得速率可以远高于传统的通过外部总线的数据获取速率。
[0032] 用于存储参数检测模块11的输出数据的寄存器，在芯片内核12中的具体位置可以根据需要进行设定，例如图2的三相表的实施方式中，通常可以使用Cache中的寄存器缓存参数检测模块11的输出数据。
[0033] 需要强调的是，芯片内核12可以理解为是片上系统中较为重要的核心器件，包括了CPU，存储等重要的硬件结构，即本申请的芯片内核12是硬件器件及电路，并非是作为运行进程的操作系统中的系统内核。
[0034] 管理芯片20与片上系统芯片10的芯片内核12连接，可以获取芯片内核12的寄存器中的数据，从而进行深化计量。管理芯片20的具体型号以及具体的深化计量功能均可以根据需要进行设定和选取，本申请的方案无需对管理芯片20进行调整。
[0035] 管理芯片20通过片上系统芯片10上的相关数据输出接口与芯片内核12连接，为了满足数据的高速传输需求，在一种具体实施方式中，片上系统芯片10的芯片内核12可以通过高速SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与管理芯片20连接，例如可以为10MHZ的高速SPI接口。在图2的实施方式中，片上系统芯片10便设置有GPIO，UART，SPI等对外接口，Digital System表示的是这些接口均为数字信号的传输接口。
[0036] 还需要指出的是，片上系统芯片10中通常还会设置有时钟系统以及电源系统，并且还可以进一步地通过电压变换调整电压等级，具体构成可以根据需要进行设定和调整。例如图2的实施方式中，时钟系统可以为芯片内核12提供3种时钟信号。其中RCH和RCL均是无需晶振，通过内部电路便可以产生的时钟信号，RCH频率较高，RCL频率较低，使得片上系统芯片10有更多的时钟频率的选择。HOSC表示的是设置在片上系统芯片10中的第一内置RTC(Real-Time Clock，实时时钟)电路，通过第一内置RTC电路以及第一外部晶振，可以为芯片内核12提供高频时钟信号，图2的实施方式中，第一外部晶振的频率可以选取为
8.192MHZ～32.768MHZ。需要指出的是，传统方案中，通常是将包含有晶振的外部晶振芯片与MCU连接，为MCU提供高频时钟信号，本申请的该种实施方式中，通过在片上系统芯片10中内置RTC电路，可以减小外围器件的使用，特别是传统的外部晶振芯片中易错器件较多，本申请的该种实施方式由于降低了所需的器件数量，因此有利于提高片上系统芯片10的可靠性。
8.192MHZ～32.768MHZ。需要指出的是，传统方案中，通常是将包含有晶振的外部晶振芯片与MCU连接，为MCU提供高频时钟信号，本申请的该种实施方式中，通过在片上系统芯片10中内置RTC电路，可以减小外围器件的使用，特别是传统的外部晶振芯片中易错器件较多，本申请的该种实施方式由于降低了所需的器件数量，因此有利于提高片上系统芯片10的可靠性。
[0037] 进一步地，考虑到参数检测模块11也需要使用高频时钟信号，因此在一种具体实施方式中，片上系统芯片10中还可以包括：与参数检测模块11连接，用于结合第二外部晶振为参数检测模块11提供高频时钟信号的第二内置RTC电路。通过第二内置RTC电路以及第二外部晶振的设计，有利于降低器件数量，提高可靠性。并且需要说明的是，片上系统芯片10的其他部件也可以使用第二内置RTC电路提供的时钟信号，例如图2的实施方式中，用于进行测温的SAR ADC也可以获取由第二RTC电路以及第二外部晶振提供的时钟信号，图2中的第二外部晶振的频率为32.768KHZ。
[0038] 图2的电源系统中，可以将电网电压转换为18V以及3V，此外，图2中的5V模拟表示可以通过电压变化输出5V的直流电以供芯片内核12使用，1.8V模拟表示可以输出1.8V的直流电以供芯片内核12使用。
[0039] 应用本实用新型实施例所提供的技术方案，包括：片上系统芯片10以及与片上系统芯片10的芯片内核12连接，用于获取芯片内核12的寄存器中的数据以进行深化计量的管理芯片20，片上系统芯片10包括：用于采集电路参数，并在模数转换之后存储在芯片内核12的寄存器中的参数检测模块11；与参数检测模块11连接，用于读取寄存器中的数据以进行各项基础计量数据的计算的芯片内核12。
[0040] 本申请的方案中，采用一体式的设计取代传统电能表的“单MCU+计量芯片”的设计。具体的，片上系统芯片10包括参数检测模块11以及芯片内核12，参数检测模块11采集电路参数进行模数转化之后，直接存储在芯片内核12的寄存器中。因此，芯片内核12需要使用数据时，便可以读取寄存器中的数据进行各项基础计量数据的计算。无论是将数据存入自身的寄存器还是读取自身的寄存器中的数据，数据传输速率均远高于通过外部总线的传输速率，例如可以同时读取多个寄存器中的数据，并不会出现传统方案中传输速率受到总线限制的情况。因此，本申请的方案提高了的数据传输速率。此外，由于采用一体式的设计取代传统电能表的“单MCU+计量芯片”的设计，也就降低了数据传输时信号被外界干扰的情况的发生概率。
[0041] 在本实用新型的一种具体实施方式中，片上系统芯片10中还可以包括：与芯片内核12连接，用于采集温度数据并存储在芯片内核12中的逐次逼近寄存器型SAR模数转换器ADC。
[0042] 在图2的实施方式中，采用的是10位的SAR ADC，具体的，可以采用采样速率低于5Msps的中等至高分辨率的结构，10位的SAR ADC具有低功耗、小尺寸等特点。此外，图2的实施方式中，片上系统芯片10中还可以设置有万年历等常用的功能模块。
[0043] 在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：与片上系统芯片10的芯片内核12连接，用于进行电能数据存储的FLASH闪存和/或EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)。
[0044] 该种实施方式中，在片上系统芯片10的外围外挂了FLASH和/或EEPROM，通常可以用于存储电能表的电能数据、校表参数以及对外部采样信号的录波等。
[0045] 考虑到在进行计量部分的信息读写时，通过电气隔离电路的设计有利于保障与电能表连接的器件的安全运行，因此在本实用新型的一种具体实施方式中，片上系统芯片10中还可以包括：与芯片内核12连接，用于输出芯片内核12中存储的数据的电气隔离电路，例如可以是RS485电路。
[0046] 在本实用新型的一种具体实施方式中，片上系统芯片10中还包括：与芯片内核12连接，用于在芯片内核12未能接收外部电路供电时提供备用电能的断电保护电路，其中，断电保护电路中设置有超级电容作为供电电源。
[0047] 传统的部分电能表中也会设置有断电保护电路，可以保证电能表掉电时，RTC可以正常运行并且可以维持高低温定时温度补偿，该种实施方式中，断电保护电路中设置有超级电容作为供电电源，相较于传统方案采用的一次性锂电池，超级电容的充放电次数可达50万次以上，结合片上系统芯片10本身低功耗的特性，可保证72小时的连续供电，可以有效地避免由于电池钝化以及容量不足带来的电池欠压故障及其次生故障。
[0048] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0049] 本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
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