专利名称：Soc智能电表的电压特性检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及电能计量及智能电表技术领域，具体涉及对基于SOC的智能电表中电 压特性检测的系统及方法，包括过零检测，逆相序检测和频率测量。
背景技术：
随着片上系统SOC (System on a Chip)技术的日益成熟以及资源的高度集成，使 其备受智能电表厂商的青睐。目前基于SOC的单片处理芯片解决方案已能实现传统基于 MCU+计量芯片架构所能实现智能电表的所有功能，其作法是在单片SOC上编写管理软件， 以及编写实现计量芯片的计量和测量功能算法软件。计量算法是整个智能电表的核心所 在，必须确保其安全、稳定的执行。由于基于SOC的智能电表其管理功能和计量算法功能在 同一个处理芯片上实现，而计量算法的执行较为频繁，且执行实时性要求较高。因此，在基 于SOC的单处理芯片设计方案中，要充分利用SOC的资源对计量算法实现进行优化。

发明内容
本发明的目的在于提供一种针对SOC智能电表的更为简单易行、高效的电压特性 检测系统及方法，电压特性检测包括过零检测、逆相序检测和频率测量。上述目的的实现方案为一种SOC智能电表的电压特性检测系统，其特征在于，包 括三相电压信号采样电路、三相电压信号滤波电路、用于检测各相电压信号过零状态和过 零顺序的SOC内部过零检测器及测量各相电压信号周期长度的SOC内部定时器。一种SOC智能电表的电压特性检测方法，其特征在于，包括以下步骤
(1)利用三相电压信号滤波电路对三相电压信号采样电路采集的三相电压信号进行低 通滤波处理；
(2)经滤波处理后的三相电压信号输入到SOC芯片内置的过零检测器，过零检测器对 三相电压信号的过零状态同时进行检测，当检测到某一相有过零信号后，便产生过零检测 中断；SOC的内置定时器配合过零检测器对其中断的输出脉宽进行测量，过零检测中断流 程则对三相电压信号进行分析，并根据定时器测量结果进行信号周期的计算，最后过零检 测中断流程选择三相电压信号其中的一相作为参考相进行频率计算；过零检测器检测三相 电压信号过零顺序是否异常，如果异常则输出逆相序检测中断。所述产生过零检测中断的流程包括首先，当前定时器的脉宽计数值累计到已被 标记的相电压信号周期计数器中，并清除定时器的计数寄存器内容；然后，通过过零检测器 的状态寄存器，确定是哪相电压信号产生了由负到正的过零信号；如果该相电压没有被标 记过，则标记该相电压；如果该相电压已标记过，清除其他已记录的相电压，并以该相电压 为参考相；最后，以参考相计算频率。所述三相电压信号过零顺序的正常情况是指“A->B->C_>，B->C->A->, C->A->B->”三种，除此三种情况外为异常情况。本发明通过芯片外部设置的三相电压信号滤波电路滤除高频交流信号，以确保SOC芯片中过零检测的准确性，SOC内部过零检测器检测各相电压信号过零状态和过零顺 序，SOC内部定时器基于过零检测器产生的过零检测中断测量各相电压信号周期长度。本 发明技术方案不需要在SOC端实现算法即可实现过零检测，逆相序检测和频率测量，避免 了过零检测，逆相序检测和频率测量算法占用SOC资源，优化了 SOC处理单元的软件的执行效率。


图1为实施例提供的实现本发明的原理图。图2为实施例提供的三相电压信号采样电路原理图。图3为实施例提供的三相电压信号滤波电路原理图。图4为实施例提供的滤波器特性图。图5为实施例提供的过零点检测器的功能框图。图6为实施例提供的过零检测器的过零检测中断流程图。
具体实施例方式如图1所示，本实施例提供的电压特性检测系统及方法是基于珠海微电子有限公 司开发的SWPM16F256型SOC芯片实现的，其基本原理是利用SWPM16F256芯片内置的过零 检测器对采样(由三相电压信号采样电路实现，见图2)并经过滤波(由三相电压信号滤波电 路实现，见图3)的三相电压模拟信号的过零状态和逆相序进行检测；并且利用SWP16F256 芯片内置的定时器对过零检测器输出的高电平脉宽进行计数，从而计算电压信号的频率。如图2所示，三相电压信号采样电路包括三相电压信号输入电路及三相电压信号 抬升电路(由于各相电压信号工作在OV附近，即存在负电压信号，所以需要将信号进行抬 升)，三相电压信号输入电路包括A、B和C相分压后的电压信号UA、UB和UC接入端及 采样电阻R2、R13、R15，三相电压抬升电路由电容C8、运放U1A、电容C9、电容C10、电阻R12、 电阻14、电阻R16构成，运放UlA采用LM774，构成发射极跟随电路，用来增强SWP16F256芯 片内置输出参考电压VrefA的驱动能力，之后经电容C9、电容ClO滤波后通过电阻R12、电 阻14、电阻R16分别对三相电压进行抬升。在实际工程应用中，当谐波分量较大时，检测电路可能检出谐波的过零信号。为了 抑制谐波信号的影响，避免其出现在过零点附近，在检测系统加入了三相电压信号滤波电 路(如图3所示)，三相滤波电路构造和原理相同，下面以A相电压信号滤波电路为例进行说 明该A相电压信号滤波电路是由电阻R6，电阻R11，电容C2，电容C7和运放LM774构成 的低通滤波电路。如果选择R6 = Rll则该滤波电路的截止频率fc的计算公式如下所示
/ f ~ _ 一
2ttR^ ^jC2C7
该滤波电路的特性曲线如图4所示，本实施例中，在fc (125Hz)处约-3dB衰减，并 以-40 dB每10倍频程的速度衰减。请再参阅图1所示，三相电压信号经过三相电压信号滤波电路接入到SWP16F256 芯片内置的过零检测器的三个通道上，其中，A相电压信号输入接入Zero cross detector-R，B相电压信号输入接入到Zero cross detector-T，C相电压信号输入接入Zerocross detector—So结合图5所示，正常工作时，SWP16F256芯片内置的过零点检测电路对三相电压信 号的过零状态同时进行检测，当检测到某一相有过零信号后，便产生过零检测中断。过零检 测中断的流程图如6所示，首先将当前定时器的脉宽计数值累计到已标记(即已产生了过 零信号)的相电压信号周期计数器中，并清除定时器的计数寄存器内容。然后，通过过零检 测器的状态寄存器，确定是哪相电压信号产生了由负到正的过零信号。如果该相电压没有 被标记过，则记录该相电压。如果该相电压已标记过，则清除其他已被标记的相电压，并以 该相电压为参考相。最后，以参考相计算频率。如图1所示，过零检测中断的输出接至定时 器，以触发对定时器对高电平的脉宽进行计数。当过零检测器检测到三相电压的过零顺序 不是“A->B->C->，B->C->A->, C->A->B”三种之中的任意一种，过零检测器将产生逆相序中 断。以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，例如，SWP16F256芯片仅为众多SOC芯 片中的一种，可以理解的是，只要其内部资源配置与SWP16F256芯片相同或类似的其他SOC 芯片都属于本发明公开的范围。
权利要求
一种SOC智能电表的电压特性检测系统，其特征在于，包括三相电压信号采样电路、三相电压信号滤波电路、用于检测各相电压信号过零状态和过零顺序的SOC内部过零检测器及测量各相电压信号周期长度的SOC内部定时器。
2.—种SOC智能电表的电压特性检测方法，其特征在于，包括以下步骤(1)利用三相电压信号滤波电路对三相电压信号采样电路采集的三相电压信号进行低 通滤波处理；(2)经滤波处理后的三相电压信号输入到SOC芯片内置的过零检测器，过零检测器对 三相电压信号的过零状态同时进行检测，当检测到某一相有过零信号后，便产生过零检测 中断；SOC的内置定时器配合过零检测器对其中断的输出脉宽进行测量，过零检测中断流 程则对三相电压信号进行分析，并根据定时器测量结果进行信号周期的计算，最后过零检 测中断流程选择三相电压信号其中的一相作为参考相进行频率计算；过零检测器检测三相 电压信号过零顺序是否异常，如果异常则输出逆相序检测中断。
3.根据权利要求2所述的SOC智能电表的电压特性检测方法，其特征在于所述产生 过零检测中断的流程包括首先，当前定时器的脉宽计数值累计到已被标记的相电压信号 周期计数器中，并清除定时器的计数寄存器内容；然后，通过过零检测器的状态寄存器，确 定是哪相电压信号产生了由负到正的过零信号；如果该相电压没有被标记过，则标记该相 电压；如果该相电压已标记过，清除其他已记录的相电压，并以该相电压为参考相；最后， 以参考相计算频率。
4.根据权利要求2所述的SOC智能电表的电压特性检测方法，其特征在于所述三相 电压信号过零顺序的正常情况是指“A->B->C->，B->C->A->，C->A->B->”三种，除此三种情 况外为异常情况。
全文摘要
本发明公开了一种SOC智能电表的电压特性检测系统及方法，系统包括三相电压信号采样电路、三相电压信号滤波电路、用于检测各相电压信号过零状态和过零顺序的SOC内部过零检测器及测量各相电压信号周期长度的SOC内部定时器。通过芯片外部设置的三相电压信号滤波电路滤除高频交流信号，以确保SOC芯片中过零检测的准确性，SOC内部过零检测器检测各相电压信号过零状态和过零顺序，SOC内部定时器基于过零检测器产生的过零检测中断测量各相电压信号周期长度。本发明技术方案不需要在SOC端实现算法即可实现过零检测，逆相序检测和频率测量，避免了过零检测，逆相序检测和频率测量算法占用SOC资源，优化了SOC处理单元的软件的执行效率。
文档编号G01R35/04GK101937069SQ20101027693
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者张小景, 李朝培, 贾俊, 邓廷 申请人:珠海中慧微电子有限公司