基于RN8209的流水线自动并发校表系统的设计

宋迪

关键词：校表；高精度；并发；流水线

0 引言

随着经济社会的发展和城市化的进一步提高，随着智能化电网的蓬勃发展，当前居民用户智能电能表已经获得广泛应用。智能电能表作为居民集抄的一个关键的环节，正在成为电力生产制造行业的热门领域。由于电能表是精准计量的设备，与老百姓的“钱袋子”息息相关，所以电能表计量的精度一直是非常关键的指标。在党和政府的“一切为了人民”的基本方针下，国家电网公司对于电能表生产企业的电能表精度有很高的要求。“电表计量精度”既是电能表行业的门槛，又是行业的分水岭。与此同时生产制造企业一直把提高产能、提高效率、降低成本当成永恒的追求目标。所以如何能够适应大批量的自动化生产，并且在生产中提高电能表的计量精度，这是一个十分有技术性和创新性的工作。本文就是引入了基于一款高性能的计量芯片RN8209的电能表，以及基于其他相关的硬件设备。在软件设计上基于并发通信、校表算法和流水线控制等模块，给出了整个自动化并发校表系统的解决方案。

1 硬件设备构成

当前自动化并发校表系统的硬件设备包括高精度计量芯片RN8209、高精度电能表、智能电能表流水线系统等几个方面。这些硬件设备如表1所示。

下面着重介绍一下高精度电能表以及RN8209芯片的构成。

1.1 电能表的逻辑架构

由图1可以看到，电能表在功能逻辑上可分为电源电路、Eeprom或Flash等存储单元、时钟电路、液晶显示电路、功能按键、485通信电路、红外电路、载波通信电路、计量脉冲输出、多功能端子、辅助电源、远程费控单元、安全芯片单元、计量单元[2]。其中该硬件电路的核心就是计量单元。计量单元搭载了一款高精度的防窃电专用计量芯片RN8209。

1.2 高精度计量芯片RN8209的体系结构

RN8209计量芯片的体系结构如图2所示。

RN8209是一款专为电力计量领域而设计的计量芯片。它的功能包括测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。它同时支持全数字的增益、相位和offset校正。有功电能脉冲从PF管脚输出，无功电能脉冲/用户自定义电能脉冲频率从QF引脚输出。提供串行接口UART，固定波特率4800，管脚复位与UART输入引脚RX复用。内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。单相计量芯片RN8209 动态范围达到8000 比1，温度系数仅为5ppm/℃。支持双路计量，支持直流计量，支持UART 通讯接口。支持软件校表，可直接读写寄存器，提高生产效率。RN8209广泛应用于各种电表、国家电网和南方电网智能电表、数显表。

RN8209计量芯片应用十分广泛，有以下几个显著特点。

1） 有功及无功的动态误差小于千分之一。

2） 电压及电流的有效值误差小于千分之一。

3） 潜动阈值可调。

4） HFCONST可调。

5） 电压通道过零检测。

6） 提供有功、无功、相位、有效值校正。

7） 小信号校表加速功能。

2 软件架构

2.1 软件结构图

本系统在软件上包括UI显示、校表算法、并发通信管理单元、自动流水线单元、检验台控制、数据存储等六个部分组成，如图3所示。

2.2 各模块说明

3 校表算法

3.1 功率增益校正

在10Itr，PF=1.0负载下，从台体标准表读取误差值为Err。GPQA为最终计算出来的寄存器补偿值。

3.2 相位校正

在10Itr，PF=0.5L负载下，从台体标准表读取误差值为Err。PHSA和PHSB分别为最终计算出来的寄存器补偿值，A和B代表不同的通道。

3.3 电流Offset 校正

IARMSOS是写入的校正电流Offset寄存器的补偿值。

4 关键技术

该软件系统采用并发通信管理技术。由主线程获得台体及流水线的数据，并控制整个校表流程。不同的表位需要通信时，将该表位的参数，地址压入线程池。这样可以实现异步以及高并發通信。达到敏捷高效，节省节拍的效果。如下图表示。

5 结论

本文通过引入了一套高精度高并发的自动校表系统解决了高精度校表的问题。该系统在硬件上包含一款支持快捷算法的计量芯片以及一组多功能、高精度的自动检验台。在软件上包含UI多表位显示、校表算法、并发异步通信管理、自动流水线管理、检验台控制和数据存储等多个技术模块。该系统将电能表计量误差的精度控制在千分之一左右，实现了高准确度校表的目标。高精度电能表可以在居民生活和工业生产中发挥更大的作用。