本發(fā)明屬于電力，尤其涉及一種電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)交互接口電路及單相電能計(jì)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電能計(jì)量芯片主要是完成電能計(jì)量等相關(guān)功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要配合mcu一起使用，計(jì)量芯片通過(guò)數(shù)據(jù)交互接口電路來(lái)完成和mcu之間的數(shù)據(jù)交互。以前的電能計(jì)量芯片功能簡(jiǎn)單，mcu和計(jì)量芯片之間需要交互的信息很少，一般只需要簡(jiǎn)單的接口電路就能完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而現(xiàn)在隨著計(jì)量芯片的功能越來(lái)越復(fù)雜，mcu和計(jì)量芯片需要交互的數(shù)據(jù)也就越來(lái)越多，圖1與圖2所示是現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)量芯片與mcu之間兩種典型的交互接口電路。mcu通過(guò)通信總線(一般為spi或者uart接口)來(lái)配置計(jì)量芯片；能量數(shù)據(jù)則由計(jì)量芯片通過(guò)電脈沖的形式(cf脈沖)單獨(dú)發(fā)送給mcu；考慮到現(xiàn)在電能表的功能越來(lái)越復(fù)雜，計(jì)量芯片提供的數(shù)據(jù)不一定完全滿足市場(chǎng)需求，因此現(xiàn)在越來(lái)越多市場(chǎng)要求計(jì)量芯片將電流、電壓通道的原始采樣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給mcu，這就需要計(jì)量芯片預(yù)留專(zhuān)門(mén)的高速通信接口(如圖2所示spi接口)來(lái)傳輸此類(lèi)數(shù)據(jù)。這樣使用時(shí)，因?yàn)閙cu和計(jì)量芯片之間接口多且每路都需要隔離，整個(gè)系統(tǒng)的成本也會(huì)偏高。因此需要采用全新的設(shè)計(jì)思路解決上述問(wèn)題。

2、mcu：microcontroller?unit，微控制單元

3、spi：serial?peripheral?interface，串行外設(shè)接口

4、uart：universal?asynchronous?receiver/transmitter，異步收發(fā)傳輸器

5、cf：calibration?frequency，校準(zhǔn)頻率

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)交互接口電路及單相電能計(jì)量系統(tǒng)。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，第一方面，公開(kāi)了一種電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)交互接口電路，包括接收模塊和發(fā)送模塊，所述接收模塊，用于mcu向電能計(jì)量芯片發(fā)送操作命令；所述發(fā)送模塊支持兩種工作模式及兩種工作模式之間的切換，所述兩種工作模式包括工作模式0和工作模式1，當(dāng)處于工作模式0時(shí)，發(fā)送模塊用于電能計(jì)量芯片根據(jù)接收到的操作命令向mcu發(fā)送應(yīng)答幀；當(dāng)處于工作模式1時(shí)，發(fā)送模塊用于電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)電壓通道的原始adc(analog-to-digital?converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)采樣數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)電流通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)和周期更新的其他數(shù)據(jù)。

3、進(jìn)一步地，所述電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀格式包括幀頭、波形數(shù)據(jù)和附加數(shù)據(jù)，所述幀頭包括1字節(jié)，用于記錄幀屬性、幀序和進(jìn)行幀校驗(yàn)；所述波形數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)電壓通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)電流通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)，共計(jì)n個(gè)字節(jié)；所述附加數(shù)據(jù)包括1字節(jié)，用于分幀傳輸周期更新的其他數(shù)據(jù)，所述其他數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)狀態(tài)、累加功率、有功功率、無(wú)功功率、平均值、有效值、頻率和脈沖數(shù)。電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀格式的設(shè)計(jì)：1、能保證波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，例如波形數(shù)據(jù)需要20ms之內(nèi)傳輸256次，每次傳輸4～6個(gè)字節(jié)。2、附加數(shù)據(jù)只需要80ms傳輸一次，因此可以分幀傳輸。3、這樣設(shè)計(jì)兼顧了傳輸速度和數(shù)據(jù)的可靠。

4、進(jìn)一步地，所述發(fā)送模塊兩種工作模式之間的切換包括工作模式0切換至工作模式1，包括：

5、mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送設(shè)置工作模式1的通信傳輸速率的操作命令；

6、mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送進(jìn)入工作模式1的操作命令，發(fā)送模塊進(jìn)入工作模式1；

7、mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送開(kāi)啟數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳的操作命令，電能計(jì)量芯片通過(guò)發(fā)送模塊向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)。

8、考慮到電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)穩(wěn)定和工作模式切換需要時(shí)間，進(jìn)入工作模式1之后，需要等到電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)穩(wěn)定，mcu準(zhǔn)備好之后再開(kāi)啟數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳。

9、進(jìn)一步地，所述發(fā)送模塊兩種工作模式之間的切換包括工作模式1切換至工作模式0，包括兩種方式：

10、方式1，mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送關(guān)閉數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳的操作命令；關(guān)閉主動(dòng)發(fā)送之后，為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕l(fā)送模塊應(yīng)該將整幀數(shù)據(jù)傳輸完成，因此mcu也需要確保計(jì)量芯片的發(fā)送模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送切換至工作模式0的操作命令；

11、方式2，復(fù)位電能計(jì)量芯片。

12、進(jìn)一步地，所述電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀中幀頭的第7位表示幀屬性，當(dāng)?shù)?位為0時(shí)表示附加數(shù)據(jù)無(wú)效，附加數(shù)據(jù)傳輸值為0；當(dāng)?shù)?位為1時(shí)表示附加數(shù)據(jù)有效；幀頭的第4位至第6位表示幀序，每傳輸一幀數(shù)據(jù)，幀序加1；幀頭的第0位至第3位表示幀校驗(yàn)值，用于校驗(yàn)波形數(shù)據(jù)和附加數(shù)據(jù)。

13、進(jìn)一步地，所述電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀中波形數(shù)據(jù)根據(jù)通道和數(shù)據(jù)精度劃分為傳輸模式0、傳輸模式1和傳輸模式2，傳輸模式0時(shí)，波形數(shù)據(jù)的通道為u+ia，各通道數(shù)據(jù)精度為22bit，n取值為6；傳輸模式1時(shí)，波形數(shù)據(jù)的通道為u+ia，各通道數(shù)據(jù)精度為16bit，n取值為4；傳輸模式2時(shí)，波形數(shù)據(jù)的通道為u+ia+ib，各通道數(shù)據(jù)精度為16bit，n取值為6；其中u表示電壓通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)，ia表示火線電流通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)，ib表示零線電流通道的原始adc采樣數(shù)據(jù)；mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送選擇傳輸模式的操作命令。

14、上述三種傳輸模式能夠滿足單相表所有的應(yīng)用場(chǎng)景。

15、進(jìn)一步地，所述電能計(jì)量芯片向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀中附加數(shù)據(jù)用于分幀傳輸周期更新的其他數(shù)據(jù)包括當(dāng)其他數(shù)據(jù)為多字節(jié)時(shí)，傳輸時(shí)先傳輸?shù)妥止?jié)，再傳輸高字節(jié)，再根據(jù)幀序組合所述其他數(shù)據(jù)；附加數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，要確保所有需要傳輸?shù)母郊訑?shù)據(jù)結(jié)束前，對(duì)應(yīng)寄存器無(wú)更新，脈沖數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)能夠傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但是在傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，該數(shù)據(jù)項(xiàng)無(wú)法刷新；當(dāng)所述其他數(shù)據(jù)周期刷新時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟附加數(shù)據(jù)傳輸，并依照對(duì)應(yīng)順序連續(xù)傳輸所有數(shù)據(jù)項(xiàng)，刷新周期比較慢的數(shù)據(jù)能夠傳輸同樣的數(shù)據(jù)。

16、進(jìn)一步地，當(dāng)電能計(jì)量芯片通過(guò)發(fā)送模塊向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)時(shí)，若主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，mcu通過(guò)接收模塊向電能計(jì)量芯片發(fā)送關(guān)閉數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳的操作命令，并復(fù)位工作模式1，以此提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

17、進(jìn)一步地，當(dāng)電能計(jì)量芯片通過(guò)發(fā)送模塊向mcu主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)時(shí)，若電能計(jì)量芯片工作異常，復(fù)位電能計(jì)量芯片。

18、第二方面，公開(kāi)了一種單相電能計(jì)量系統(tǒng)，包括mcu和包含所述的電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)交互接口電路的電能計(jì)量芯片，所述mcu能夠完成復(fù)雜運(yùn)算，所述復(fù)雜運(yùn)算包括諧波計(jì)算、電腦質(zhì)量分析以及有功、無(wú)功、諧波能量高速積分和電能脈沖數(shù)據(jù)計(jì)算；mcu和電能計(jì)量芯片通過(guò)支持高速隔離通信的容隔進(jìn)行隔離通信。

19、有益效果：

20、1.重新定義了計(jì)量芯片和mcu數(shù)據(jù)交互接口電路，根據(jù)這個(gè)電路，減少了隔離器件的數(shù)量，從而大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了整體硬件成本。

21、2.根據(jù)使用需求，發(fā)送模塊支持兩種工作模式，在工作模式1下，發(fā)送模塊獨(dú)立地向mcu主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，確保了發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

22、3.設(shè)計(jì)了發(fā)送模塊在工作模式1下的通信規(guī)約，明確了數(shù)據(jù)幀格式和傳輸頻率、數(shù)據(jù)類(lèi)型等。

23、4.制定了一套完整的接口電路工作模式切換流程，確保電能計(jì)量芯片可以安全工作在各種工作模式。