專利名稱：智能電表時鐘校準方法
技術領域：
本發明涉及一種時鐘偏差的修正方法，特別是一種智能電表時鐘校準方法，主要適用于基于單片機內部定時器的萬年歷時鐘系統。
背景技術：
隨著科技的發展和社會的進步，對儀器設備提出了更高的要求，智能儀器儀表應用而生，智能儀器儀表必然包含萬年歷時鐘系統。目前，高精度萬年歷時鐘系統主要采用專用集成芯片來滿足智能儀器的設計需求，例如采用日本的RX8025 (T)，美國的DS3231等。但是，對于大量生產需求而言卻增加了采購難度和原材料成本。為此，我們基于單片機通用定時器的高精度萬年歷時鐘系統，直接利用單片機常規資源，通過晶體特性，研發出一種工業級現場應用的高精度時鐘校準方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題是:針對上述存在的問題提供一種智能電表時鐘校準方法，直接利用單片機常規資源，實現寬范圍高精度的誤差修正。本發明所采用的技術方案是:智能電表時鐘校準方法，其特征在于步驟如下:a、隨機抽取一只電表，測得不同溫度點的頻率偏差值，并模擬出溫度-頻率偏差的二次三項式曲線方程；b、確定粗調的最小修正值，利用步驟a得到的方程計算出當前溫度下的頻率偏差作為補償值，用該補償值除以粗調最小修正值，取整作為粗調值C，取余作為細調值X ;其中粗調最小修正值的倒數N為晶體振蕩器輸出信號頻率的M倍，M或1/M取整；C、若補償值小于粗調最小修正值，則執行步驟g，否則執行步驟d ；d、若M為2、3、4或5，執行步驟e，否則執行步驟f ；e、內部脈沖計數器對晶體振蕩器輸出信號進行脈沖計數，當計滿N個脈沖時，將晶體振蕩器輸出信號增加或減少C個脈沖，實現粗調，然后執行步驟g ；f、對晶體振蕩器輸出信號進行倍頻或分頻得到信號Ft，使得粗調最小修正值的倒數N為信號Ft頻率的M倍，且M取2、3、4或5 ;內部脈沖計數器對Ft進行脈沖計數，當計滿N個脈沖時，將Ft增加或減少C個脈沖，實現粗調；g、晶體振蕩器輸出端配置有可控電容陣列，通過理論計算和多組實踐數據驗證得出電容陣列的最小修正頻率，然后用細調值X除以最小修正頻率，取整作為需并聯電容陣列中單位電容的個數R，并控制任意R個單位電容并聯于晶體振蕩器輸出端，實現細調。完成細調后，采用100M恒溫標準晶體作為頻率參考，對電表輸出的IHz信號進行連續采樣，再利用采樣出來的時間長度與標稱晶體的時間長度進行比較，得到誤差，并精確到0.1PPM ;將計算得到的誤差作為補償的差值，通過晶體匹配電容與頻率的關系得到匹配電容陣列的排布，最后調整出準確的常溫頻率。校準過程中，每分鐘測量一次環境溫度，連續兩次溫度測量值的變化量小于0.55攝氏度。所述粗調最小修正值為3.815PPM，粗調最小修正值的倒數N為262144。所述晶體振蕩器輸出信號的頻率為32768Hz ;粗調時，對晶體振蕩器輸出的信號進行2倍頻，得到頻率為65536Hz的信號Ft，內部脈沖計數器對Ft進行脈沖計數，當計滿262144個脈沖時，將Ft增加或減少C個脈沖。所述電容陣列等效于128個容值為0.1289PF的單位電容并聯。所述電容陣列的最小修正頻率為0.31PPM。本發明的有益效果是:1、采用粗調和細調相結合的方式進行頻率修正，不僅實現了較寬的修正范圍，而且保證了足夠高的精度，從而解決了溫度對時鐘計時誤差的影響。2、環境溫度測量值定時定量變化處理，有效防止了溫度測量系統帶來的暫時不可靠性。3、采用高速100M恒溫晶體作為頻率參考，對電能表輸出的IHZ信號進行連續高頻采樣，再利用采樣出來的時間長度與標稱晶體的時間長度進行比較，計算出誤差，然后根據細調原理校準晶體實際頻率與標稱頻率的誤差，從而進一步提聞了時鐘校準的精度。


圖1是本發明時 鐘系統的電路原理示意圖。圖2是本發明溫度-頻率偏差的特性曲線。
具體實施例方式萬年歷時鐘系統是通過IHz秒基信號按照時間60進制計數累加的，所以時間計時的精準，走的快走的慢就與IHz秒基信號的準確穩定直接相關。在電子系統中通常采取手表晶體為振蕩器(32768Hz)，然后通過32768次分頻得到IHz秒基信號，而在信號分頻過程中由于采用高速半導體器件，幾乎不會引入延時誤差，所以最終日計時誤差的來源主要取決于手表晶體振蕩器振蕩頻率是否準確穩定。對于晶體而言，其頻率受溫度影響是最明顯的，并呈現出頻率偏差與溫度之間的二次函數關系。經過長期的晶體應用經驗表明，晶體的這種頻率偏差與溫度關系與晶體本身的生產制造有直接關系，也就是說在生產的時候就既定了該批被生產出來的晶體溫度頻率偏差特性。所以，修正晶體頻率的重點也就是測量并驗證出晶體的溫度頻率偏差特性曲線。如圖1所示，本例中，時鐘系統為現有技術，其中單片機采用美國美信半導體生產的TDK6542單片機，晶體采用精工生產的手表晶體(32768Hz，5ppm，ppm表示每百萬單位，即parts per million),溫度傳感器采用飛利浦TCN75。具體校準步驟如下:a、隨機抽取一只電表，在沒有任何修正措施的狀況下，測得不同溫度點的頻率偏差值如下表所示:
權利要求
1.一種智能電表時鐘校準方法，其特征在于步驟如下: a、隨機抽取一只電表，測得不同溫度點的頻率偏差值，并模擬出溫度-頻率偏差的二次三項式曲線方程； b、確定粗調的最小修正值，利用步驟a得到的方程計算出當前溫度下的頻率偏差作為補償值，用該補償值除以粗調最小修正值，取整作為粗調值C，取余作為細調值X ;其中粗調最小修正值的倒數N為晶體振蕩器輸出信號頻率的M倍，M或1/M取整； C、若補償值小于粗調最小修正值，則執行步驟g，否則執行步驟d ； d、若M為2、3、4或5，執行步驟e，否則執行步驟f; e、內部脈沖計數器對晶體振蕩器輸出信號進行脈沖計數，當計滿N個脈沖時，將晶體振蕩器輸出信號增加或減少C個脈沖，實現粗調，然后執行步驟g ； f、對晶體振蕩器輸出信號進行倍頻或分頻得到信號Ft，使得粗調最小修正值的倒數N為信號Ft頻率的M倍，且M取2、3、4或5 ;內部脈沖計數器對Ft進行脈沖計數，當計滿N個脈沖時，將Ft增加或減少C個脈沖，實現粗調； g、晶體振蕩器輸出端配置有可控電容陣列，通過理論計算和多組實踐數據驗證得出電容陣列的最小修正頻率，然后用細調值X除以最小修正頻率，取整作為需并聯電容陣列中單位電容的個數R，并控制任意R個單位電容并聯于晶體振蕩器輸出端，實現細調。
2.根據權利要求1所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:完成細調后，采用IOOM恒溫標準晶體作為頻率參考，對電表輸出的IHz信號進行連續采樣，再利用采樣出來的時間長度與標稱晶體的時間長度進行比較，得到誤差，并精確到0.1PPM ;將計算得到的誤差作為補償的差值，通過晶體匹配電容與頻率的關系得到匹配電容陣列的排布，最后調整出準確的常溫頻率。
3.根據權利要求1或2所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:校準過程中，每分鐘測量一次環境溫度，連續兩次溫度測量值的變化量小于0.55攝氏度。
4.根據權利要求1或2所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:所述粗調最小修正值為3.815PPM，粗調最小修正值的倒數N為262144。
5.根據權利要求4所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:所述晶體振蕩器輸出信號的頻率為32768Hz ;粗調時，對晶體振蕩器輸出的信號進行2倍頻，得到頻率為65536Hz的信號Ft，內部脈沖計數器對Ft進行脈沖計數，當計滿262144個脈沖時，將Ft增加或減少C個脈沖。
6.根據權利要求1或2所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:所述電容陣列等效于128個容值為0.1289PF的單位電容并聯。
7.根據權利要求6所述的智能電表時鐘校準方法，其特征在于:所述電容陣列的最小修正頻率為0.31PPM。
全文摘要
本發明涉及智能電表時鐘校準方法。本發明目的提供智能電表時鐘校準方法，利用單片機常規資源實現寬范圍高精度誤差修正。本發明技術方案a、測得不同溫度點的頻率偏差值，模擬溫度-頻率偏差曲線；b、確定粗調的最小修正值，利用步驟a得到的方程計算出當前溫度下的頻率偏差作為補償值；c、若補償值小于粗調最小修正值，則執行步驟g，否則執行步驟d；d、若M為2、3、4或5，執行步驟e，否則執行步驟f；e、內部脈沖計數器對晶體振蕩器輸出信號進行脈沖計數，粗調，然后執行步驟g；f、對晶體振蕩器輸出信號進行倍頻或分頻得到信號Ft；g、晶體振蕩器輸出端配置有可控電容陣列。
文檔編號G04G3/00GK103176400SQ20131001337
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者周良璋, 舒元康, 鄭有波 申請人:杭州海興電力科技股份有限公司