專利名稱：一種高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電能表，具體的說是一種高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功 能電能表。
背景技術(shù)：
電能表是電能交易過程中收費的核心計量器具，其準確性、數(shù)據(jù) 的可靠性至關(guān)重要。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電能表也從機械感應(yīng)式電
能表向全電子式電能表轉(zhuǎn)化。電子式電能表可以存儲數(shù)據(jù)，所說的數(shù) 據(jù)包括
(1) 電表參數(shù)，
(2) 用戶設(shè)置參數(shù)，
(3) 當(dāng)前及歷史電能數(shù)據(jù)，
(4) 瞬時電參數(shù)組成的負荷曲線，即負荷記錄，電參數(shù)包括電
壓、電流、功率、功率因數(shù)等，
(5) 瞬間事件記錄，如失壓、失流事件發(fā)生的時間、以及發(fā)生 失壓失流時的電量等，
(6) 最大需量及其發(fā)生時間，
(7) 狀態(tài)標(biāo)識，如掉電標(biāo)識、編程允許標(biāo)志等。
目前常用的存儲數(shù)據(jù)方式有
(1) 上述部分數(shù)據(jù)存于微控制器擴展的電擦除只讀存儲器
E2PR0M中，
(2) 上述部分數(shù)據(jù)存于微控制器擴展的閃速存儲器FLASH中，
(3) 上述全部數(shù)據(jù)存于微控制器內(nèi)置的電擦除只讀存儲器 E2PR0M中，
(4) 以上三種的任意組合，(5) 電表參數(shù)、用戶設(shè)置數(shù)據(jù)、當(dāng)前及歷史電能數(shù)據(jù)存于電擦
除只讀存儲器E2PR0M中，瞬時電參數(shù)組成的負荷曲線存于閃速存儲 器FLASH中，
(6) 上述全部數(shù)據(jù)存于鐵電存儲器FRAM中， 現(xiàn)有技術(shù)方案具有以下缺點-
(1) 采用電擦除只讀存儲器E2PR0M存儲數(shù)據(jù)時，雖然E2PR0M擦 寫次數(shù)多，但性價比低、容量小，操作時間長，操作后還需要等待一 段時間，降低了存儲效率。
(2) 采用閃速存儲器FLASH存儲數(shù)據(jù)時，雖然FLASH性價比高、 容量大，但是擦寫次數(shù)少。而且FLASH—般采用頁處理組織模式，當(dāng) 非頁操作時效率低，增加擦寫次數(shù)，操作時間長，效率低。
(3) 采用鐵電存儲器FRAM存儲數(shù)據(jù)時，雖然FRAM具有存取速 度快、非易失性RAM的優(yōu)點，但是當(dāng)遇到特殊情況也會發(fā)生異常，例 如讀寫數(shù)據(jù)時收到脈沖群、靜電放電、瞬間強電磁輻射等干擾時，時 鐘線號或數(shù)據(jù)信號將有可能受到干擾而改變應(yīng)有狀態(tài)，出現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù) 錯誤。
因為電能表的工作環(huán)境極其惡劣，電網(wǎng)中的浪涌、脈沖群、周波 跌落、強烈瞬間電磁輻射等干擾隨時可能干擾電能表的正常運行，造 成電能表的誤操作、電子線路的瞬間電平變化等，所以，僅僅單獨采 用以上6種數(shù)據(jù)存儲方式之一的電能表，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)丟 失等嚴重問題，這給電能交易雙方帶來經(jīng)濟糾紛，特別是電能大用戶， 用電量大，記錄數(shù)據(jù)多，出現(xiàn)上述問題后將會造成極大的經(jīng)濟損失。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種高 可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，結(jié)構(gòu)簡單合理，抗干擾能力強，數(shù)據(jù) 存儲可靠性高，可有效解決數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)丟失問題。
為達到以上目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是一種高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，包括微控制器、計量單元、 存儲單元和人機接口，其特征在于所說的計量單元包括計量芯片
ATT7022B，微控制器通過數(shù)據(jù)線分別和計量芯片ATT7022B、人機接 口連接；所說的微控制器為采用Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，所說的 存儲單元包括一個鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀存儲器E2PR0M 1、 E2PR0M 2， 一個閃速存儲器FLASH,鐵電存儲器FRAM通過SPI總 線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E2PR0M 1通過I2C總線1 和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E2PR0M 2通過I2C總線2和微 控制器連接，閃速存儲器FLASH通過SPI總線2和微控制器連接。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的計量單元還包括與計量芯片 ATT7022B的輸入端口連接的電流互感器和電阻分壓電路。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，用于存放電能數(shù)據(jù)、歷史電量、最大 需量、最大需量發(fā)生時間、瞬間事件記錄、最大需量、狀態(tài)標(biāo)識、電 表參數(shù)的鐵電存儲器FRAM的容量為256Kb;用于對FRAM數(shù)據(jù)+6CH備 份的E2PR0M 1的容量為128KB;用于對FRAM數(shù)據(jù)+93H備份的E2PR0M 2的容量為128KB;用于存放負荷曲線數(shù)據(jù)的閃速存儲器FLASH的容 量為8MB。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀 存儲器E卞R0M 1、 E2PR0M 2， 一個閃速存儲器FLASH中的數(shù)據(jù)均根據(jù) 實際需要按數(shù)據(jù)塊存儲，每個數(shù)據(jù)塊都分為數(shù)據(jù)部分和校驗部分，校 驗部分采用校驗和進行校驗處理。
本實用新型所述的高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，結(jié)構(gòu)簡單合 理，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)存儲可靠性高，可有效解決數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù) 丟失問題。


本實用新型有如下附圖
圖1高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表的結(jié)構(gòu)示意圖圖2備份數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型所述的高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表的結(jié) 構(gòu)示意圖，包括微控制器、計量單元、存儲單元和人機接口，所說的
計量單元包括計量芯片ATT7022B，微控制器通過數(shù)據(jù)線分別和計量 芯片ATT7022B、人機接口連接；所說的微控制器為采用Cortex-M3 內(nèi)核的微控制器，所說的存儲單元包括一個鐵電存儲器FRAM，兩個 電擦除只讀存儲器E2PR0M 1、 E2PR0M 2， 一個閃速存儲器FLASH,鐵 電存儲器FRAM通過SPI總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器 E2PR0M 1通過I2C總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E2PR0M 2通過I2C總線2和微控制器連接，閃速存儲器FLASH通過SPI總線 2和微控制器連接。本實用新型同時使用FRAM、 E2PROM、 FLASH三種 存儲單元存儲數(shù)據(jù)，F(xiàn)RAM讀寫速度快、讀寫壽命無限次，但價格較 高，可利用其存儲擦寫次數(shù)最頻繁的數(shù)據(jù)，E2PROM進行數(shù)據(jù)備份、 FLASH存儲經(jīng)FRAM處理過的大量整塊數(shù)據(jù)。所說的SPI是串行外圍 設(shè)備接口 (Serial Peripheral interface),所說的I2C是一種由菲 利普公司開發(fā)的串行總線(Inter — Integrated Circuit),采用串行 總線方式可減少硬件的線路的連接，簡化整個電能表電路的設(shè)計。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的計量單元還包括與計量芯片 ATT7022B的輸入端口連接的電流互感器和電阻分壓電路。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，用于存放電能數(shù)據(jù)、歷史電量、最大 需量、最大需量發(fā)生時間、瞬間事件記錄、最大需量、狀態(tài)標(biāo)識、電 表參數(shù)的鐵電存儲器FRAM的容量為256Kb;用于對FRAM數(shù)據(jù)+6CH備 份的E2PROM 1的容量為128KB;用于對FRAM數(shù)據(jù)+93H備份的E2PROM 2的容量為128KB;用于存放負荷曲線數(shù)據(jù)的閃速存儲器FLASH的容 量為8MB。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀
存儲器E乍R0M 1、 E2PROM 2， 一個閃速存儲器FLASH中的數(shù)據(jù)均根據(jù) 實際需要按數(shù)據(jù)塊存儲，每個數(shù)據(jù)塊都分為數(shù)據(jù)部分和校驗部分，校 驗部分采用校驗和進行校驗處理。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，微處理器按數(shù)據(jù)塊讀取FRAM中數(shù)據(jù)， 并進行和校驗，如果校驗和正確，則判定數(shù)據(jù)無誤，如果校驗和錯誤 則讀取E2PR0M1與E2PR0M2分別減去+6CH和+93H，與對應(yīng)數(shù)據(jù)比較，
只要有兩個或三個數(shù)據(jù)相同時，則認為相同的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)；對存 儲在FRAM和E2PR0M1、 E2PR0M2中的數(shù)據(jù)還要進行定時對比校驗，防
止數(shù)據(jù)錯亂；若對比校驗，仍未判斷出正確數(shù)據(jù)則以校驗和正確的數(shù) 據(jù)為準。
本實用新型采用FRAM、 E2PROM、 FLASH三層數(shù)據(jù)存儲方式。FRAM 讀寫速度快、讀寫壽命無限次，但價格較高，可利用其存儲擦寫次數(shù) 最頻繁的數(shù)據(jù)，E2PROM進行數(shù)據(jù)備份、FLASH存儲經(jīng)FRAM處理過的 大量整塊數(shù)據(jù)。利用這三種存儲器的優(yōu)點，對數(shù)據(jù)進行備份，每份數(shù) 據(jù)均進行校驗處理，當(dāng)數(shù)據(jù)校驗錯誤或不同存儲器中同一數(shù)據(jù)不一致 時，將進行所有備份數(shù)據(jù)判斷比較，去除錯誤數(shù)據(jù)，分析出正確數(shù)據(jù)， 從而解決數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象。具體數(shù)據(jù)處理方式如下
(1) FRAM、 E2PROM、 FLASH這三種存儲器與MCU的連接方式如下 FRAM和FLASH采用了 SPI (Serial Peripheral interface,串行外 圍設(shè)備接口)總線方式，而E2PROM采用I2C (Inter —Integrated Circuit)總線方式，如附圖l所示。采用串行總線方式，減少硬件 的線路連接，采用這種數(shù)據(jù)存儲機制，不會使整個電能表電路的設(shè)計 變得復(fù)雜。
(2) FLASH主要用來存儲負荷曲線記錄數(shù)據(jù)。
(3) FRAM存放每秒刷新的電能數(shù)據(jù)、歷史電量、最大需量、最 大需量發(fā)生時間、瞬間事件記錄、最大需量、狀態(tài)標(biāo)識、電表參數(shù)等。 并且在FRAM中進行FLASH數(shù)據(jù)頁組織。微控制器每秒讀取一次計量 芯片ATT7022B的電量，并累加一次電能數(shù)據(jù)。ATT7022B在SPI數(shù)據(jù)讀取過程中，將會在一個固定的單元備份上一次讀取的數(shù)據(jù)，因此為 了提高微控制器讀取數(shù)據(jù)的正確性，在每次讀取電量后，再讀取一次 備份單元的數(shù)據(jù)，并將前后兩次的數(shù)據(jù)進行對比，如果這兩個數(shù)據(jù)相 同，并且滿足本表的負荷范圍(即電表一段時間內(nèi)電量累計值應(yīng)小于 該電表在這段時間內(nèi)電量累計的最大值)，則認為數(shù)據(jù)合理，微處理
器進行電量累計，并及時將數(shù)據(jù)寫入FRAM中，否則放棄本次電量累
計。瞬間事件記錄、最大需量、負荷曲線記錄等數(shù)據(jù)經(jīng)過一定方式在
FRAM中進行組織，并且滿足FLASH頁操作后，將數(shù)據(jù)按頁寫入FLASH 中。緊接著讀取剛寫入得數(shù)據(jù)并且與FMM中數(shù)據(jù)進行對比，正確后 再清除FRAM中相應(yīng)數(shù)據(jù)。
(4) 經(jīng)過FRAM成頁處理的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等負荷 曲線記錄及校驗數(shù)據(jù)整頁寫入FLASH,既提高了操作效率，增強數(shù)據(jù) 的可靠性能，又顯著減少對FLASH的操作次數(shù)，增加了其使用時間。
(5) 電表參數(shù)、用戶設(shè)置參數(shù)、歷史電量、最大需量、需量發(fā) 生時間、狀態(tài)標(biāo)識等數(shù)據(jù)在FRAM中按一定的組織方式分塊存儲后， 并在E2PR0M1和E2PR0M2中進行雙備份。數(shù)據(jù)在FRAM中的數(shù)據(jù)格式如 圖2所示。每個數(shù)據(jù)塊，先是N個數(shù)據(jù)，最后為前面數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)的 校驗和；在E2PR0M1中的數(shù)據(jù)并不是FRAM簡單的備份，而是FRAM中 對應(yīng)數(shù)據(jù)+6CH(16進制數(shù))，在E卞R0M2中的數(shù)據(jù)是FRAM中對應(yīng)數(shù)據(jù) +93H(16進制數(shù))。微控制器平時讀取以上數(shù)據(jù)時，先從FRAM中讀取 數(shù)據(jù)，并校驗，如果校驗和正確，則判定數(shù)據(jù)無誤，如果校驗和錯誤 則讀取E2PR0M1與E2PR0M2分別減去6CH和93H，與對應(yīng)數(shù)據(jù)比較，
只要有兩個或三個數(shù)據(jù)相同時，則認為相同的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。對存 儲在FRAM和E2PR0M1、 E2PR0M2中的數(shù)據(jù)還要進行定時對比校驗，防
止數(shù)據(jù)錯亂。若對比校驗，仍未判斷出正確數(shù)據(jù)則以校驗和正確的數(shù) 據(jù)為準。
本實用新型的關(guān)鍵點是對電能表的數(shù)據(jù)進行分類，存儲于基于不 同存儲原理的器件中，增加數(shù)據(jù)校驗和多備份，并存儲于不同性能的 存儲器件內(nèi)，從而極大地提高了數(shù)據(jù)的可靠性，避免了因數(shù)據(jù)錯誤、丟失等造成經(jīng)濟損失，采用高性能、低功耗的Cortex-M3系列ARM內(nèi) 核微控制器，提高了數(shù)據(jù)校驗速度，同時降低了成本。
權(quán)利要求1.一種高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，包括微控制器、計量單元、存儲單元和人機接口，其特征在于所說的計量單元包括計量芯片ATT7022B，微控制器通過數(shù)據(jù)線分別和計量芯片ATT7022B、人機接口連接；所說的微控制器為采用Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，所說的存儲單元包括一個鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀存儲器E2PROM 1、E2PROM 2，一個閃速存儲器FLASH，鐵電存儲器FRAM通過SPI總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E2PROM 1通過I2C總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E2PROM 2通過I2C總線2和微控制器連接，閃速存儲器FLASH通過SPI總線2和微控制器連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，其特 征在于所說的計量單元還包括與計量芯片ATT7022B的輸入端口連 接的電流互感器和電阻分壓電路。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表， 其特征在于用于存放電能數(shù)據(jù)、歷史電量、最大需量、最大需量發(fā) 生時間、瞬間事件記錄、最大需量、狀態(tài)標(biāo)識、電表參數(shù)的鐵電存儲 器FRAM的容量為256Kb;用于對FRAM數(shù)據(jù)+6CH備份的E2PR0M 1的 容量為128KB;用于對FRAM數(shù)據(jù)+93H備份的E2PR0M 2的容量為128KB; 用于存放負荷曲線數(shù)據(jù)的閃速存儲器FLASH的容量為8MB。
4. 如權(quán)利要求3所述的高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，其特 征在于鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀存儲器E卞R0M1、 E2PR0M 2， 一個閃速存儲器FLASH中的數(shù)據(jù)均根據(jù)實際需要按數(shù)據(jù)塊存儲， 每個數(shù)據(jù)塊都分為數(shù)據(jù)部分和校驗部分，校驗部分采用校驗和進行校 驗處理。
專利摘要一種高可靠性數(shù)據(jù)存儲多功能電能表，涉及電能表，包括微控制器、計量單元、存儲單元和人機接口，所說的計量單元包括計量芯片ATT7022B，微控制器通過數(shù)據(jù)線分別和計量芯片ATT7022B、人機接口連接；所說的微控制器為采用Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，所說的存儲單元包括一個鐵電存儲器FRAM，兩個電擦除只讀存儲器E²PROM1、E²PROM 2，一個閃速存儲器FLASH，鐵電存儲器FRAM通過SPI總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E²PROM 1通過I2C總線1和微控制器連接，電擦除只讀存儲器E²PROM 2通過I2C總線2和微控制器連接，閃速存儲器FLASH通過SPI總線2和微控制器連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單合理，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)存儲可靠性高，可有效解決數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)丟失問題。
文檔編號G01R21/00GK201387448SQ20092014464
公開日2010年1月20日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者陳福軍 申請人:青島乾程電子科技有限公司