一種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，包括：通過實(shí)驗(yàn)獲得不同功率點(diǎn)測量出的電流值與功率值，并與真實(shí)電流值與功率值對比繪制成離散點(diǎn)圖；利用最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段擬合，獲得各電流區(qū)間的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)；對單片機(jī)代碼進(jìn)行修改，根據(jù)不同電流區(qū)間的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行分段更改原有的參數(shù)，用來獲得比原測量值更接近真實(shí)值的電流值與功率值。本發(fā)明提高了電表的測量精度，減小了測量誤差。
【專利說明】
-種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種智能電子產(chǎn)品，具體為一種基于最小二乘法的電能計(jì)量校準(zhǔn)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展W及人民生活水平的逐漸提高，家用電器的智能化人性化進(jìn) 程不斷推進(jìn)?，F(xiàn)在智能插座作為智能家居中極為重要的一部分，也逐漸出現(xiàn)在人們的視野 范圍，有許多的的智能插座也設(shè)計(jì)到了電能測量的部分，幫助人們實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭的用電狀 況。
[0003] 對于當(dāng)前的大部分帶有電能測量功能的智能插座，其測量精度都不算太高，且一 般都是使用電能測量忍片自帶的校準(zhǔn)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，使用最小二乘法對電能測量模塊進(jìn) 行校準(zhǔn)，有利于提高智能插座的測量精度，減小測量誤差。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，包括：
[0007] 通過實(shí)驗(yàn)獲得不同功率點(diǎn)測量出的電流值與功率值，并與真實(shí)電流值與功率值對 比繪制成離散點(diǎn)圖；
[0008] 利用最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段擬合，獲得各電流區(qū)間的增益系 數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)；
[0009] 對單片機(jī)代碼進(jìn)行修改，根據(jù)不同電流區(qū)間的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行分段 更改原有的參數(shù)，用來獲得比原測量值更接近真實(shí)值的電流值與功率值。
[0010] 優(yōu)選地，校準(zhǔn)的對象為一種包含電能測量模塊的無線智能插座。其中包含了電壓 電流采集模塊、電能測量忍片及單片機(jī)等部分。由于電壓電流采集模塊中的元件可能造成 一定的誤差，所W需要進(jìn)行校準(zhǔn)。其中電能采集模塊主要使用電流互感器及電壓互感器并 輔W電壓濾波電路與電流濾波電路。
[0011] 優(yōu)選地，測量實(shí)驗(yàn)方法為:使用智能電表與一臺(tái)高精度的電能測量儀一起對負(fù)載 進(jìn)行電能數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，負(fù)載為大阻值高功率的滑動(dòng)變阻器，可通過更改滑動(dòng)變阻器中連 接至電路中的阻值更改電流值W及功率值。
[0012] 優(yōu)選地，將智能電表所測量出的電流值與功率值視為測量值，將電能測量儀所測 量出的電流值與功率值視為真實(shí)值。并W真實(shí)值為X軸，測量值為Y軸，繪制離散點(diǎn)圖。
[0013] 優(yōu)選地，根據(jù)繪制的離散點(diǎn)圖，利用最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段 擬合。
[0014] 假設(shè)獲得的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)A = a日，B = b日。由獲得的A和B的值可W得到電 流及功率區(qū)間[Xm，Xn]上的擬合函數(shù)為y = a日x+b日，值域?yàn)閇化，化]。通過擬合函數(shù)，可W得到 智能電表測量電流及功率所在電流及功率區(qū)間[Ym，Yn]上的校正函數(shù)為
[0015] 優(yōu)選地，首先在單片機(jī)中編寫好校準(zhǔn)函數(shù)，但初始設(shè)定的增益系數(shù)A=I,零漂校準(zhǔn) 參數(shù)B = 0。在經(jīng)過最小二乘法擬合獲得校準(zhǔn)參數(shù)后，通過用戶端APP對單片機(jī)中的參數(shù)進(jìn)行 修改，省去重新燒寫單片機(jī)代碼的過程，使校準(zhǔn)過程更加方便易操作。
[0016] 優(yōu)選地，校準(zhǔn)完后的電表，會(huì)根據(jù)測量出的電流及功率區(qū)間，選擇相應(yīng)的校正函 數(shù)，并輸出更為接近真實(shí)電流值與功率值的電能數(shù)據(jù)。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:使用最小二乘法進(jìn)行校準(zhǔn)操作，W提高 智能插座的測量精度，減小測量誤差。每個(gè)測量區(qū)間的線性相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了 0.999W上， 表明了對于測量區(qū)間的分配W及線性函數(shù)的校準(zhǔn)都具有較高的可靠性。
【附圖說明】
[0018] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0019] 圖1為本發(fā)明中采樣電路模塊圖；
[0020] 圖2為利用最小二乘法對測量結(jié)果進(jìn)行校正曲線圖；
[0021 ]圖3為校準(zhǔn)后電表測量流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變化和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0023] 本發(fā)明中，智能插座的采樣電路模塊圖如圖1所示，電壓采樣電路采用電壓互感器 PT隔離，第一電阻Rl將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓互感器PT的信號(hào)，第S電阻R3、第四電阻R4、第 一電容Cl及第二電容C2形成電壓濾波電路；電流采樣電路采用電流互感器隔離;所述電流 互感器CT的輸入端通過接入的家用電器接收所述電源模塊的電流信號(hào)，第六電阻R6、第屯 電阻R7、第S電容C3及第四電容C4形成電流濾波電路;最終將￥1化+、￥1化-、11化+、11化-信 號(hào)輸入電能測量忍片進(jìn)行電能計(jì)算。由于電路參數(shù)存在一定誤差W及電流互感器在互通區(qū) 間的放大系數(shù)可能存在一定的差別，所W需要使用最小二乘法對智能插座進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0024] 使用智能插座與一臺(tái)高精度的電能測量儀一起對負(fù)載進(jìn)行電能數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，負(fù) 載為大阻值高功率的滑動(dòng)變阻器，具體為3個(gè)最大阻值為3K Q，最大功率為200W的滑動(dòng)變阻 器串聯(lián)，可通過更改滑動(dòng)變阻器中連接至電路中的阻值更改電流值W及功率值。進(jìn)行校準(zhǔn) 的功率范圍為0-600W。功率值測量數(shù)據(jù)如表1所列。
[0025] 表1功率值測量數(shù)據(jù)表
[0026]
[0027] 將智能電表所測量出的電流值與功率值視為測量值，將電能測量儀所測量出的電 流值與功率值視為真實(shí)值。并W真實(shí)值為X軸，測量值為Y軸，繪制離散點(diǎn)圖，
[0028] 根據(jù)繪制的離散點(diǎn)圖，利用最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段擬合。
[0029] 曲線擬合中最基本和最常用的是直線擬合。設(shè)X和y之間的函數(shù)關(guān)系為：
[0030] y=Ax+B
[0031] 式中有兩個(gè)待定參數(shù)，A代表增益系數(shù)，B代表零漂校準(zhǔn)參數(shù)。對于等精度測量所得 到的N組數(shù)據(jù)(xi，yi)，i = l，2……，N，xi值被認(rèn)為是準(zhǔn)確的，所有的誤差只聯(lián)系著yi。下面 利用最小二乘法把觀測數(shù)據(jù)擬合為直線。
[0032] 用最小二乘法估計(jì)參數(shù)時(shí)，要求觀測值yi的偏差的加權(quán)平方和為最小。對于等精 度觀測值的直線擬合來說，可使下式的值最小：
[0033]
[0034] 上式分別對A、B求偏導(dǎo)并整理方程組可得直線參數(shù)A和B的最佳估值：
[0035]
[0036]
[0037] 假設(shè)獲得的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)A = a日，B = b日。由獲得的A和B的值可W得到電 流及功率區(qū)間[Xm，Xn]上的擬合函數(shù)為y = a日x+bo,值域?yàn)閇化，化]。通過擬合函數(shù)，可W得到 智能電表測量電流及功率所在電流及功率區(qū)間[Ym，Yn]上的校正函數(shù)為
[0038] 本次實(shí)施例中具體分為2個(gè)功率區(qū)間，其中一個(gè)為[O-IOOW]，而另一個(gè)則為[IOOW- 600W]。對于第一個(gè)區(qū)間可得到校正函數(shù)為：
第二個(gè)區(qū)間的校正函數(shù)為：
蛋計(jì)算可得兩個(gè)區(qū)間的交點(diǎn)坐標(biāo)為（121.68,122.97)，所W設(shè)定新的測量功率 區(qū)間為[0-122.97W] W及[122.97W-600W]。由于獲得的兩段擬合直線斜率相差極小，所W對 兩條直線的交點(diǎn)處進(jìn)行局部觀察，如圖2所示。
[0039] 同時(shí)計(jì)算每個(gè)測量區(qū)間的線性相關(guān)系數(shù)r，r 1 = 0.9998，r2 = 0.9995，均達(dá)到0.999 W上，表明了對于測量區(qū)間的分配W及線性函數(shù)的校準(zhǔn)都具有較高的可靠性。
[0040] 由于提前在單片機(jī)中編寫好校準(zhǔn)函數(shù)，并初始設(shè)定的增益系數(shù)A=I,零漂校準(zhǔn)參 數(shù)B = 0。在經(jīng)過最小二乘法擬合獲得校準(zhǔn)參數(shù)后，通過用戶端APP直接對單片機(jī)中的參數(shù)進(jìn) 行修改，并重新定義區(qū)間，省去重新燒寫單片機(jī)代碼的過程，使校準(zhǔn)過程更加方便易操作。
[0041] 校準(zhǔn)完后的電表，會(huì)根據(jù)測量出的電流及功率區(qū)間，選擇相應(yīng)的校正函數(shù)，并輸出 更為接近真實(shí)電流值與功率值的電能數(shù)據(jù)，如圖3所示。
[0042] 使用過基于最小二乘法的電表校準(zhǔn)方法后，對智能插座進(jìn)行誤差評(píng)定，可W發(fā)現(xiàn) 智能插座在0-600W的功率區(qū)間的精度等級(jí)已達(dá)到0.2級(jí)，比之原來的1.5級(jí)有了極大的改 善。
[0043] W上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，運(yùn)并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可W任意相 互組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括： 通過實(shí)驗(yàn)獲得不同功率點(diǎn)測量出的電流值與功率值，并與真實(shí)電流值與功率值對比繪 制成離散點(diǎn)圖； 利用最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段擬合，獲得各電流區(qū)間的增益系數(shù)、 零漂校準(zhǔn)參數(shù)； 對單片機(jī)代碼進(jìn)行修改，根據(jù)不同電流區(qū)間的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行分段更改 原有的參數(shù)，用來獲得比原測量值更接近真實(shí)值的電流值與功率值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，校準(zhǔn)對象為包含電能測量模 塊的無線智能插座，包括電壓電流采集模塊、電能測量芯片及單片機(jī)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)方法包括如下： 使用智能電表與電能測量儀一起對負(fù)載電能數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，負(fù)載為大阻值高功率的滑 動(dòng)變阻器，通過更改滑動(dòng)變阻器中連接至電路中的阻值更改電流值以及功率值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，將智能電表所測量出的電流 值與功率值視為測量值，將電能測量儀所測量出的電流值與功率值視為真實(shí)值，并以真實(shí) 值為X軸，測量值為Y軸，繪制離散點(diǎn)圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)繪制的離散點(diǎn)圖，利用 最小二乘法將測量值與真實(shí)值曲線進(jìn)行分段擬合，采用直線擬合，設(shè)X和y之間的函數(shù)關(guān)系 為： y=Ax+B 式中：A代表增益系數(shù)，B代表零漂校準(zhǔn)參數(shù)，對于等精度測量所得到的N組數(shù)據(jù)（xi， yi)，i = l，2……，N，xi值被認(rèn)為是準(zhǔn)確的，所有的誤差只聯(lián)系著yi，以下是利用最小二乘法 把觀測數(shù)據(jù)擬合為直線： 用最小二乘法估計(jì)參數(shù)時(shí)，要求觀測值yi的偏差的加權(quán)平方和為最小，對于等精度觀 測值的直線擬合來說，可使下式的值最?。荷鲜椒謩e對A、B求偏導(dǎo)并整理方程組可得直線參數(shù)A和B的最佳估值：假設(shè)獲得的增益系數(shù)、零漂校準(zhǔn)參數(shù)A = ao，B = bo。由獲得的A和B的值可以得到電流及 功率區(qū)間[Xm，Xn ]上的擬合函數(shù)為y = aox+bo，值域?yàn)閇Ym，Yn ]，通過擬合函數(shù)，得到智能電表 測量電流及功率所在電流及功率區(qū)間[Ym，Yn]上的校正函數(shù)為X = a〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電能計(jì)量校準(zhǔn)方法，其特征在于，設(shè)定初始的增益系數(shù)A= 1， 零漂校準(zhǔn)參數(shù)B = 0,在單片機(jī)中編寫校準(zhǔn)函數(shù)，經(jīng)過最小二乘法擬合獲得校準(zhǔn)參數(shù)后，通過 用戶端APP對單片機(jī)中的參數(shù)進(jìn)行修改。
【文檔編號(hào)】G01R35/04GK106019207SQ201610566412
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】陳俊堯, 王志新
【申請人】上海交通大學(xué)