CN106054723A - 一种智能综合保护开关任务调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能综合保护开关任务调度系统，包括中断任务、底层服务任务和应用任务，中断任务之间存在优先级，中断任务能够打断应用任务和底层服务任务优先执行，中断任务与应用任务、底层服务任务之间通过数据接口函数进行传递；底层服务任务之间相互独立，不存在优先级，每个底层服务任务使用单独定义的变量、结构体，在应用任务和中断任务中被触发；应用任务之间存在任务优先级，应用任务只执行算法计算，并最终将数据通过接口函数传递给底层服务任务，并触发底层服务任务开始执行。本发明通过对任务调度运行方式的改进，从而能够大大节省程序主循环时间，既可以保持高的运行效率，也大大降低了硬件系统的功耗。

Description

一种智能综合保护开关任务调度系统

技术领域

本发明涉及智能综合保护开关技术领域，特别是涉及一种智能综合保护开关任务调度系统。

背景技术

智能综合保护开关是运行时显示配电线路中用电的电压、电流的设备，广泛用于办公楼、商场、学校、酒店、宾馆等公共娱乐场所及工矿企业仓库车间等场所。智能综合保护开关具有过电压、欠电压、过载、短路、漏电、消防、远程通讯、用电显示、故障显示、过载、过电压、欠电压、漏电流保护可调等功能，也可作为预费电表专用开关使用，智能综合保护开关在运行时显示配电线路中用电的电压、电流等情况。是替代小型断路器、漏电保护器、漏电断路器、过欠压保护器、熔断器的最佳综合保护器产品。主要适用于交流50Hz，额定电流从6A至63A额定绝缘电压600V，额定工作电压220V的配电线路中，作为线路中过电压、欠电压、过载、短路、人身触电、设备漏电保护之用，也可用来防止因设备绝缘损坏，产生接地故障电流而引起的火灾危险。智能综合保护开关通常采用高速微处理器，并带有通讯接口，能够直接与国电通服务器连接，通过计算机精确地设定、检测、监视电路中的用电情况。现有的智能综合保护开关(比如申请公布号CN104617662A所披露的)存在着程序主循环时间长，运行效率低的弊端。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种智能综合保护开关任务调度系统，通过对任务调度运行方式的改进，从而能够大大节省程序主循环时间，既可以保持高的运行效率，也大大降低了硬件系统的功耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能综合保护开关任务调度系统，包括开启全局中断和进入程序主循环；系统中断时执行中断任务，程序主循环执行多个应用任务和多个底层服务任务；中断任务之间存在优先级，中断任务能够打断应用任务和底层服务任务优先执行，中断任务与应用任务、底层服务任务之间通过数据接口函数进行传递；底层服务任务之间相互独立，不存在优先级，每个底层服务任务使用单独定义的变量、结构体，在应用任务和中断任务中被触发；应用任务之间存在任务优先级，应用任务只执行算法计算，并最终将数据通过接口函数传递给底层服务任务，并触发底层服务任务开始执行。

所述程序主循环包括喂看门狗、串口任务实时处理、WiFi模块任务实时处理、校时任务实时处理、测量任务实时处理、保护任务实时处理、MODBUS协议实时处理、数据存储任务实时处理和国电通协议任务实时处理；其中，串口任务实时处理、WiFi模块任务实时处理和数据存储任务实时处理为底层服务任务，校时任务实时处理、测量任务实时处理、保护任务实时处理、MODBUS协议实时处理和国电通协议任务实时处理为应用任务。

所述中断任务包括1ms定时中断、10ms定时中断、EMU中断、PMU中断、RTC中断和串口中断。

所述中断任务，或将数据通过接口函数传递给底层服务任务或者应用任务，或触发底层服务执行机制，从而确保进入中断后程序只执行一段很少的代码就退出中断。

所述应用任务中，其中的一个或多个应用任务还划分为几个子任务，各子任务之间存在优先级，当有高的优先级子任务执行时，低优先级子任务暂时搁置，直到高优先级子任务执行完毕。

所述底层服务任务，在处理过程中当需要用到延时函数时，则是将延时判断交给定时器进行处理。

所述底层服务任务中还具有任务超时复位机制，以确保当底层服务任务出现故障时，不会对主程序的运行造成影响。

所述测量任务实时处理用来执行电网参数的有效值运算、电能累积、保护参数更新，并在电能累积至预置数值时，将电能参数传递至存储数组，触发存储任务。

所述保护任务实时处理用来执行过载、漏电、瞬时短路、过欠压、温度的保护算法，并在故障时触发脱扣。

所述国电通协议任务实时处理用来执行国电通协议规定的各种子任务，按任务优先级分为：定时用电数据获取及触发存储、异常上报数据获取及触发上报、校时查询帧触发发送、定时用电数据触发上报；所有上报任务均采取优先级，并确保每次只执行最高优先级任务。

所述串口任务实时处理用来执行串口接收数据传递、错误还原和串口发送触发两个相互独立的任务；当串口接收到合法数据时，是将串口接收数组传递给传递数组；当接收到非法的数据帧时，则对串口接收数组及串口状态进行还原；当其他任务需要串口进行数据发送时，将数据通过传递数组赋值给串口发送数组，触发串口实时处理任务中的串口发送任务，启动串口发送中断进行数据发送。

所述WiFi模块任务实时处理用来执行WiFi模块下行数据的处理任务，通过对接收传递数组进行解析，得出WiFi模块当前工作状态。

所述Modbus协议实时处理用来执行Modbus协议读/写功能码的相关处理算法，并通过串口传递数组触发串口发送任务。

所述校时任务实时处理用来执行校时成功后的系统时间同步算法、时间戳算法以及用电上报数据存储指针算法，确保智能综合保护开关与国电通服务器之间的运行时间保持一致、上报数据及时可靠。

所述数据存储实时处理用来执行各种数据的存储任务，并确保一次只执行一个存储任务，执行完成后清除相应的触发标志。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

(1)精简了中断处理程序，解决了因中断处理时间过长导致的系统任务延迟甚至死机的情况；

(2)设计了紧凑的针对底层服务任务的输入-输出结构，大大节省了程序主循环时间，使单片机在较低的主频(5.505024MHz)下，仍然可以保持高的运行效率，同时也大大降低了硬件系统的功耗；

(3)对应用任务内部的优先级划分，确保每个应用任务都能有序及时的进行，而不会出现低优先级任务先于高优先级任务的情况发生；

(4)对底层服务任务设计的任务超时复位机制，能确保在某个底层服务由于硬件原因出现故障时，不会对主程序的运行造成影响。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的智能综合保护开关的硬件构成示意图；

图2是本发明的智能综合保护开关的软件流程图；

图3是本发明的智能综合保护开关任务调度系统划分图；

图4是本发明的智能综合保护开关任务调度系统的中断任务流程图；

图5是本发明的智能综合保护开关任务调度系统的中断任务(10ms定时中断串口处理程序)流程图；

图6是本发明的智能综合保护开关任务调度系统的底层服务任务输入-输出结构图；

图7是本发明的智能综合保护开关任务调度系统的1ms定时中断存储超时处理程序流程图；

图8是本发明的智能综合保护开关任务调度系统的应用任务子任务优先级划分示意图。

具体实施方式

实施例

参见图1至图8所示，本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，其硬件构成如图1所示，硬件包括处理器11、电网采样电路12、温度采样电路13、存储电路14、WiFi模块15和脱扣电路16，本实施例的处理器11采用上海钜泉光电科技有限公司的ATT7037计量Soc芯片，内部具有电源检测模块(PMU)、时钟模块(RTC)、定时器模块(TIM)、计量模块(EMU)、看门狗(WDT)、温度传感器(TBS)、串行接口模块(UART、I2C、SPI)等，智能综合保护开关通过电网采样电路12将电网中的电流、电压信号转化为ATT7037芯片的采样信号，ATT7037芯片通过内置的PMU模块对采样信号进行处理，通过运算得到电网中的电流值、电压值、功率及电能等信息；通过温度采样电路13将温度转化为电信号，ATT7037芯片通过内置的TBS模块对温度信号进行处理，通过运算得到智能综合保护开关当前的温度值；ATT7037芯片对采集到的电流、电压、功率、电能、温度等信息进行判断、保护处理，当电网中出现过载电流、瞬时短路大电流、过欠压、温度超标等故障时，ATT7037芯片会通过GPIO驱动脱扣电路16，带动智能综合保护开关的脱扣机构，实现断开出线端用电的功能，同时，ATT7037芯片会对故障信息进行记录，通过IIC接口将故障信息存储到存储电路14中的掉电非易失存储器中；ATT7037芯片通过内置的UART串口控制WiFi模块15，实现同国电通服务器的校时、数据上报等功能。

如图2、图3所示，本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，包括开启全局中断2和进入程序主循环3；在程序主循环中包括喂看门狗31、串口任务实时处理32、WiFi模块任务实时处理33、校时任务实时处理34、测量任务实时处理35、保护任务实时处理36、MODBUS协议实时处理37、数据存储任务实时处理38和国电通协议任务实时处理39；其中，串口任务实时处理32、WiFi模块任务实时处理33和数据存储任务实时处理38为底层服务任务，校时任务实时处理34、测量任务实时处理35、保护任务实时处理36、MODBUS协议实时处理37和国电通协议任务实时处理39为应用任务；中断任务之间存在优先级，中断任务能够打断应用任务和底层服务任务优先执行，中断任务与应用任务、底层服务任务之间通过数据接口函数进行传递；底层服务任务之间相互独立，不存在优先级，每个底层服务任务使用单独定义的变量、结构体，在应用任务和中断任务中被触发；应用任务之间存在任务优先级，应用任务只执行算法计算，并最终将数据通过接口函数传递给底层服务任务，并触发底层服务任务开始执行。

如图3所示，应用任务a和应用任务b分别通过接口函数a触发底层服务任务a，中断任务a在应用任务a和应用任务b之间中断，中断任务a通过接口函数b触发底层服务任务a,应用任务b分别通过接口函数c触发底层服务任务b,中断任务b在应用任务b和底层服务任务b之间中断，中断任务b通过接口函数d触发应用任务n。本发明是将整个任务系统划分为中断任务、应用任务和底层服务任务，通过接口函数进行数据传递，中断任务之间存在优先级，中断任务可以打断应用任务和底层服务任务优先执行，中断任务与其他任务之间通过数据接口函数进行传递；底层服务任务之间相互独立，不存在优先级，每个底层服务任务使用单独定义的变量、结构体等，在应用任务和中断任务中被触发；应用任务之间存在任务优先级，一个应用任务又可以划分为几个子任务，各子任务之间也存在优先级，应用任务只执行算法计算，并最终将数据通过接口函数传递给底层任务，并触发底层服务任务开始执行。

串口任务实时处理32用来执行串口接收数据传递、错误还原和串口发送触发两个相互独立的任务；当串口接收到合法数据时，是将串口接收数组传递给传递数组；当接收到非法的数据帧(例如接收数据帧的长度超过串口接收数组最大允许长度)时，则对串口接收数组及串口状态进行还原；当其他任务需要串口进行数据发送时，将数据通过传递数组赋值给串口发送数组，触发串口实时处理任务中的串口发送任务，启动串口发送中断进行数据发送。

WiFi模块任务实时处理33用来执行WiFi模块下行数据的处理任务，WiFi模块工作时会往串口发送一系列代表不同含义的数据帧，表示WiFi模块当前的工作状态，例如WiFi模块正在链接国电通服务器、WiFi模块已链接到国电通服务器、WiFi模块复位、WiFi模块进入可配置状态等等，同时，在WiFi模块链接到国电通服务器后，服务器会通过WiFi模块向智能综合保护开关发送相应的Modbus-RTU格式查询帧，而智能综合保护开关也会定时通过WiFi模块获取校时信息，这些都属于WiFi模块任务实时处理任务需要解析及处理的范畴，通过对接收传递数组进行解析，得出WiFi模块当前工作状态。

校时任务实时处理34用来执行校时成功后的系统时间同步算法、时间戳算法以及用电上报数据存储指针算法，确保智能综合保护开关与国电通服务器之间的运行时间保持一致、上报数据及时可靠。

测量任务实时处理35用来执行电网参数的有效值运算、电能累积、保护参数更新，并在电能累积至预置数值(例如累积至1度电、2度电、3度电……)时，将电能参数传递至存储数组，触发存储任务。

保护任务实时处理36用来执行过载、漏电、瞬时短路、过欠压、温度的保护算法，并在故障时触发脱扣。

Modbus协议实时处理37用来执行Modbus协议读/写功能码的相关处理算法，并通过串口传递数组触发串口发送任务。

数据存储实时处理38用来执行各种数据的存储任务，并确保一次只执行一个存储任务，执行完成后清除相应的触发标志。

国电通协议任务实时处理39用来执行国电通协议规定的各种子任务，按任务优先级分为：定时用电数据获取及触发存储、异常上报数据获取及触发上报、校时查询帧触发发送、定时用电数据触发上报；所有上报任务均采取优先级，并确保每次只执行最高优先级任务。

本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，中断任务通过Soc芯片的各类中断服务子程序实现，包括1ms定时中断、10ms定时中断、EMU中断、PMU中断、RTC中断、串口中断等；底层服务任务执行的是与Soc芯片硬件接口相关的任务，例如串口消息处理、WiFi模块状态检测、脱扣动作、数据存储等；应用任务主要分为国电通协议信息处理、Modbus-RTU应答式信息处理、电网参数计算、保护算法、校时算法、主动上报算法等。

本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，对每个中断任务提出精简要求，或将数据通过接口函数传递给底层服务任务或者应用任务，或触发底层服务执行机制，确保进入中断后程序只执行一段很少的代码就退出中断；如图4所示，例如串口中断任务，包括接收中断处理和发送中断处理，在接收中断处理中仅仅执行将接收寄存器的数据赋值给接收数组，并启动接收超时这两段代码；在发送中断处理中仅仅执行将发送数组的下一个数据赋值给发送寄存器，并启动发送状态超时这两段代码，执行时间均控制在us级以内；如图5所示，在10ms定时中断任务中执行串口的接收超时和发送状态超时处理，执行时间也控制在us级以内；如此能够确保中断任务不会占用整个系统运行的大量时间，保证了系统的时效性。

本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，所述底层服务任务，在处理过程中当需要用到延时函数时，则是将延时判断交给定时器进行处理。所述底层服务任务中还具有任务超时复位机制，以确保当底层服务任务出现故障时，不会对主程序的运行造成影响。本发明的整个任务系统对每个底层服务任务设计了紧凑的输入-输出结构，将一些功能在实现过程中需要用到的延时函数交由定时器来控制，确保系统程序中“零存在”ms级的延时。如图6、图7所示，例如智能综合保护开关需要将电网保护参数写到掉电非易失性存储器24LC64中，24LC64的芯片特性决定了每次擦写必须延时5ms以上，当有多个不连续的A\B\C参数需要存储在24LC64中时，如果按照顺序结构流程处理，仅执行一次要将A\B\C参数全部存储到24LC64中，则程序需要花费15ms以上时间，大量的时间都用在延时上，而按本设计的存储任务处理方式，一次执行一个参数存储，并将延时判断交给定时器，在等待定时器延时结束同时，主程序仍然可以执行其他任务，从而大大节省了程序循环时间。

本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，所述应用任务中，其中的一个或多个应用任务还划分为几个子任务，各子任务之间存在优先级，当有高的优先级子任务执行时，低优先级子任务暂时搁置，直到高优先级子任务执行完毕。如图8所示，执行国电通协议规定的各种子任务，按任务优先级分为：定时用电数据获取及触发存储、异常上报数据获取及触发上报、校时查询帧触发发送、定时用电数据触发上报等。所有上报任务采取优先级策略，确保每次只执行最高优先级上报，从而能够满足国电通协议要求，实现优先级上报。

本发明的一种智能综合保护开关任务调度系统，精简了中断处理程序，解决了因中断处理时间过长导致的系统任务延迟甚至死机的情况；本发明设计了紧凑的针对底层服务任务的输入-输出结构，大大节省了程序主循环时间，使单片机在较低的主频(5.505024MHz)下，仍然可以保持高的运行效率，同时也大大降低了硬件系统的功耗；本发明对应用任务内部的优先级划分，确保每个应用任务都能有序及时的进行，而不会出现低优先级任务先于高优先级任务的情况发生；本发明对底层服务任务设计的任务超时复位机制，能确保在某个底层服务由于硬件原因出现故障时，不会对主程序的运行造成影响。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：包括开启全局中断和进入程序主循环；系统中断时执行中断任务，程序主循环执行多个应用任务和多个底层服务任务；中断任务之间存在优先级，中断任务能够打断应用任务和底层服务任务优先执行，中断任务与应用任务、底层服务任务之间通过数据接口函数进行传递；底层服务任务之间相互独立，不存在优先级，每个底层服务任务使用单独定义的变量、结构体，在应用任务和中断任务中被触发；应用任务之间存在任务优先级，应用任务只执行算法计算，并最终将数据通过接口函数传递给底层服务任务，并触发底层服务任务开始执行。

2.根据权利要求1所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述程序主循环包括喂看门狗、串口任务实时处理、WiFi模块任务实时处理、校时任务实时处理、测量任务实时处理、保护任务实时处理、MODBUS协议实时处理、数据存储任务实时处理和国电通协议任务实时处理；其中，串口任务实时处理、WiFi模块任务实时处理和数据存储任务实时处理为底层服务任务，校时任务实时处理、测量任务实时处理、保护任务实时处理、MODBUS协议实时处理和国电通协议任务实时处理为应用任务。

3.根据权利要求1所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述中断任务包括1ms定时中断、10ms定时中断、EMU中断、PMU中断、RTC中断和串口中断；所述中断任务，或将数据通过接口函数传递给底层服务任务或者应用任务，或触发底层服务执行机制，从而确保进入中断后程序只执行一段很少的代码就退出中断。

4.根据权利要求1所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述应用任务中，其中的一个或多个应用任务还划分为几个子任务，各子任务之间存在优先级，当有高的优先级子任务执行时，低优先级子任务暂时搁置，直到高优先级子任务执行完毕。

5.根据权利要求1所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述底层服务任务，在处理过程中当需要用到延时函数时，则是将延时判断交给定时器进行处理；所述底层服务任务中还具有任务超时复位机制，以确保当底层服务任务出现故障时，不会对主程序的运行造成影响。

6.根据权利要求2所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述测量任务实时处理用来执行电网参数的有效值运算、电能累积、保护参数更新，并在电能累积至预置数值时，将电能参数传递至存储数组，触发存储任务；所述保护任务实时处理用来执行过载、漏电、瞬时短路、过欠压、温度的保护算法，并在故障时触发脱扣。

7.根据权利要求2所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述国电通协议任务实时处理用来执行国电通协议规定的各种子任务，按任务优先级分为：定时用电数据获取及触发存储、异常上报数据获取及触发上报、校时查询帧触发发送、定时用电数据触发上报；所有上报任务均采取优先级，并确保每次只执行最高优先级任务。

8.根据权利要求1所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述串口任务实时处理用来执行串口接收数据传递、错误还原和串口发送触发两个相互独立的任务；当串口接收到合法数据时，是将串口接收数组传递给传递数组；当接收到非法的数据帧时，则对串口接收数组及串口状态进行还原；当其他任务需要串口进行数据发送时，将数据通过传递数组赋值给串口发送数组，触发串口实时处理任务中的串口发送任务，启动串口发送中断进行数据发送。

9.根据权利要求2所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述WiFi模块任务实时处理用来执行WiFi模块下行数据的处理任务，通过对接收传递数组进行解析，得出WiFi模块当前工作状态；所述Modbus协议实时处理用来执行Modbus协议读/写功能码的相关处理算法，并通过串口传递数组触发串口发送任务。

10.根据权利要求2所述的智能综合保护开关任务调度系统，其特征在于：所述校时任务实时处理用来执行校时成功后的系统时间同步算法、时间戳算法以及用电上报数据存储指针算法，确保智能综合保护开关与国电通服务器之间的运行时间保持一致、上报数据及时可靠；所述数据存储实时处理用来执行各种数据的存储任务，并确保一次只执行一个存储任务，执行完成后清除相应的触发标志。