CN106228098A - 电能表射频模块低功耗检卡方法 - Google Patents

电能表射频模块低功耗检卡方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了电能表射频模块低功耗检卡方法，属于电力设备领域，包括当卡片与电能表的状态改变时，通过校准射频模块得到低功耗检卡区间，接着令射频模块进入低功耗模式，射频模块采样器根据当前的采样值与低功耗检卡区间对比，从而决定是否唤醒。通过令射频模块在低功耗状态和唤醒状态进行状态切换，摆脱了通过机械触点来判定卡片进场与离场的方式。同时由于射频模块不需要长时间的处于高功率发送状态，不仅避免了EMC传导与辐射超标的问题，而且降低了电能表的功耗。

Description

电能表射频模块低功耗检卡方法
技术领域
本发明属于电力设备领域，特别涉及电能表射频模块低功耗检卡方法。
背景技术
射频通讯实现数据无线传输，在卡片靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作，解决了无源和免接触这一难题。在电表行业，与接触式卡片相比，避免了由于粗暴插卡、灰尘或油污导致接触不良造成的故障。此外，射频卡片表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲、损坏的问题，开始在行业里被推广使用。
但是射频模块检卡时面临的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)传导与辐射超标一直是个问题，一些厂家会采用机械触点来判定卡片进场、离场，然后再打开射频天线进行卡交互，这样做增加了设计成本，同时机械触点的使用寿命又成了新的问题。还有一些厂家采用定时唤醒的检卡方式，导致电能表的功耗过大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了用于降低电能表功耗的检卡方法。
为了达到上述技术目的，本发明提出了电能表射频模块低功耗检卡方法，在电能表中设有与卡片进行数据交互的射频模块，在射频模块内设有采样器，采样器持续获取采样值，其特征在于，在电能表通电后，所述低功耗检卡方法，包括：
步骤一、射频模块处于全功率状态，向外发送握手信号；
步骤二、如果卡片在场内，射频模块与卡片握手成功，则令射频模块与卡片进行数据交互，在数据交互结束后，校准射频模块得到第一校准值，根据第一校准值生成低功耗检卡第一区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤三、如果卡片不在场或者卡片异常，射频模块在预设时间内握手没有成功，校准射频模块得到第二校准值，根据第二校准值生成低功耗检卡第二区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤四、在射频模块进入低功耗模式后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间或低功耗检卡第二区间之外，则射频模块唤醒；
令唤醒后的射频模块重复步骤一至步骤四的操作。
可选的，在步骤二中的数据交互的过程中，如果数据交互中断，校准射频模块得到第三校准值，根据第三校准值生成低功耗检卡第三区间，令射频模块进入低功耗状态。
可选的，在步骤二后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间之外，则射频模块唤醒；
在射频模块发送握手协议失败后，校准射频模块得到第四校准值，根据第四校准值生成低功耗检卡第四区间，令射频模块进入低功耗状态。
可选的，当卡片进入射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手与数据交互成功则生成卡片插入信号；
当卡片离开射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手或数据交互失败则清除卡片插入信号。
可选的，将射频模块从低功耗状态唤醒，包括：
每隔预设时间，向射频模块发送强制唤醒信号。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过令射频模块在低功耗状态和唤醒状态进行状态切换，摆脱了通过机械触点来判定卡片进场与离场的方式。同时由于射频模块不需要长时间的处于高功率发送状态，不仅避免了EMC传导与辐射超标的问题，而且降低了电能表的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的电能表射频模块低功耗检卡方法的流程示意图；
图2是本发明提供的检卡信号的结构示意图；
图3是本发明提供的电能表射频模块低功耗检卡方法详细流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提出了电能表射频模块低功耗检卡方法，在电能表中设有与卡片进行数据交互的射频模块，在射频模块内设有采样器，采样器持续获取采样值，在电能表通电后，所述低功耗检卡方法，如图1所示，包括：
步骤一、射频模块处于全功率状态，向外发送握手信号；
步骤二、如果卡片在场内，射频模块与卡片握手成功，则令射频模块与卡片进行数据交互，在数据交互结束后，校准射频模块得到第一校准值，根据第一校准值生成低功耗检卡第一区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤三、如果卡片不在场或者卡片异常，射频模块在预设时间内握手没有成功，校准射频模块得到第二校准值，根据第二校准值生成低功耗检卡第二区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤四、在射频模块进入低功耗模式后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间或低功耗检卡第二区间之外，则射频模块唤醒；
令唤醒后的射频模块重复步骤一至步骤四的操作。
在实施中，为了降低电能表在读卡过程中的功耗，本发明提出了电能表射频模块低功耗检卡方法，能够令电能表中的射频模块与卡片完成数据交互后，较为迅速的进入低功耗的低功耗状态，从而降低电能表的功耗。
为了能够令射频模块在多种情况下都能快速进入低功耗状态，本发明提出了一种判定模式，该判定模式的开始定为电能表通电后，射频模块处于全功率的工作状态，此时令射频模块发送握手信号，并等待卡片基于握手信号回复确认信号。
如果射频模块能够接收到确认信号，说明卡片此时在场，则令射频模块与卡片进行数据交互，并且交互后进入有卡校准流程，校准后令射频模块进入低功耗状态。
如果射频模块未能在预设时间内接收到确认信号，说明没有卡片在场，则进入无卡校准流程，校准后令射频模块进入低功耗状态。
上述有卡校准流程和无卡校准流程均是基于有卡或无卡时的校准值得到低功耗检卡区间，低功耗检卡区间用于后续过程中将射频模块采样器采样值与低功耗检卡区间进行对比，如果后续采样值位于低功耗检卡区间之内，令射频模块继续保持低功耗状态，否则射频模块唤醒。
举例来说，校准值为30，根据该校准值生成的低功耗检卡第一区间为[25,35]，之后令射频模块进入低功耗状态。如果此时卡片状态变化时，射频模块采样器采样值的变化量会达到10以上；如果卡片状态未发生变化，采样值的变化量会在5以内，例如后续采样值为20或40时，说明卡片由进场改为离场或者由离场改为进场，射频模块唤醒，如果后续采样值为28时，意味着卡片保持进场或者离场状态，射频模块保持低功耗运行状态。
可选的，在步骤二握手过程中，如果射频模块与卡片握手失败，校准射频模块得到第三校准值根据第三采样值生成低功耗检卡第三区间，令射频模块进入低功耗状态。
可选的，在步骤二所示的有卡交互过程中，如果数据交互中断，说明卡片提前离场，校准射频模块得到第三校准值，根据第三校准值生成低功耗检卡第三区间，令射频模块进入低功耗状态。
可选的，在步骤二后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间之外，则射频模块唤醒；
在射频模块发送握手协议失败后，校准射频模块得到第四校准值，根据第四校准值生成低功耗检卡第四区间，令射频模块进入低功耗状态。
为了准确的实现上述过程中基于校准值生成低功耗检卡区间的操作，下面以第一校准值和低功耗检卡第一区间为例进行说明：
将第一校准值作为基准值，根据预设波动值对基准值做加法和减法的处理，得到处理后的和值与差值；
将和值作为最大值，将差值作为最小值，基于最大值和最小值构建低功耗检卡第一区间。
在实施中，举例来说，令射频模块保持低功耗状态的低功耗检卡第一区间的生成方式为：
例如，第一校准值为30，根据射频模块设计参数，预设波动值为5，分别通过求和以及作差，得到30‐5＝25,30+5＝35，将25、35作为低功耗检卡第一区间的上下限阈值。
可选的，当卡片进入射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手与数据交互成功则生成卡片插入信号；
当卡片离开射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手或数据交互失败则清除卡片插入信号。
在实施中，为了判定卡片进场或者离场，射频模块发送一定时间间隔的一小段检卡信号，如果有卡片进场或者离场，射频模块采样器的采样值会处于低功耗检卡区间之外，从而射频模块唤醒。这里所称的进场或离场，指的是卡片进入或离开射频模块的感应区域。
在实际使用过程中，射频模块以300ms的时间间隔发送一段6μs左右时长的检卡信号，检卡信号的详细结构如图2所示，检卡信号间隔时间(T1Cfg+T2Cfg)＝300ms，检卡信号T3Cfg＝6us。
值得注意的是，这里发送的检卡信号的持续时间为μs级别，相对于全功率状态的射频模块，产生的功耗小了一个数量级，从而降低了功耗。
本方法实现的低功耗检卡，传导测试的效果明显改善，一是在13.56MHz附近被采样到的频率明显减少，还有采样dB值小了一半左右，与峰值间的余量增加了大约3倍。
可选的，将射频模块从低功耗状态唤醒，包括：
每隔预设时间，向射频模块发送强制唤醒信号。
在实施中，考虑到射频模块在低功耗模式下IRQ中断管脚异常的情况，为防止永远唤不醒的情况发生，本设计还增加定时唤醒功能，每隔1小时，MCU强制发送唤醒信号，唤醒射频模块。
可选的，为保证射频模块可靠进入低功耗状态，包括：
在射频模块工作时，射频模块中的微控制单元发送ECHO命令，射频模块会有回应，并且中断请求中断管脚输出低电平信号；射频模块进入低功耗以后，不再接收微控制单元的交互命令，中断请求中断管脚输出高电平信号。为了防止射频模块进入低功耗失败，从而引起卡片进场不能判断的情况，微控制单元在发送完低功耗命令后，使能下降沿中断，同时发送ECHO命令，如果此时没有进入低功耗，射频模块会有回应，中断请求中断管脚输出低电平信号，触发微控制单元重新开始进入如步骤一至步骤四所示的流程。
为了便于理解，本发明提出的电能表射频模块低功耗检卡方法的简要流程图如图3所示。在电能表初次通电后，射频模块会处于全功率的运行，并发送握手信号。
当卡片在场，即射频模块感应区域中有卡时，如果射频模块与卡片成功握手，则令射频模块与卡片进行数据交互。在交互成功后，令射频模块进入校准步骤，并结合校准得到的第一校准值生成低功耗检卡第一区间，进而令射频模块进入低功耗状态。在进入低功耗状态后，如果卡片始终没有离开，则射频模块保持在低功耗状态；接着，如果卡片离场，会导致采样器获取到的采样值高于低功耗检卡第一区间上限值，此时射频模块从低功耗状态中唤醒，在唤醒后再次尝试向卡片发送握手信号，由于卡片已离开，因此射频模块与卡片握手失败，则再次进入校准步骤，并结合校准得到的第四校准值生成低功耗检卡第四区间，之后令射频模块进入低功耗状态。
如果射频模块与卡片在进行数据交互过程中，由于卡片突然离场导致交互失败，或者射频模块与卡片握手失败，此时令射频模块进入校准流程，并结合校准得到的第三校准值生成低功耗检卡第三区间，之后令射频模块进入低功耗状态。
在电能表初次通电后，当卡片不在场时，即射频模块感应区域中无卡时，射频模块尝试与卡片握手，但是射频模块在预定时间内未能收到卡片的确认信息后，判定握手失败，令射频模块进入校准流程，并结合校准得到的第二校准值生成低功耗检卡第二区间，之后令射频模块进入低功耗状态。
从图3可知，在生成低功耗检卡第二区间、低功耗检卡第三区间、低功耗检卡第四区间后，均会使射频模块进入低功耗状态，此时，根据实际生成低功耗检卡第二区间、低功耗检卡第三区间、低功耗检卡第四区间的先后顺序，令后生成的低功耗检卡区间替换之前生成的低功耗检卡区间，以便进行后续过程中射频模块是否唤醒的判定。
本发明提出了电能表射频模块低功耗检卡方法，包括当卡片与电能表的状态改变时，通过校准射频模块得到低功耗检卡区间，接着令射频模块进入低功耗模式，射频模块采样器根据当前的采样值与低功耗检卡区间对比，从而决定是否唤醒。通过令射频模块在低功耗状态和唤醒状态进行状态切换，摆脱了通过机械触点来判定卡片进场与离场的方式。同时由于射频模块不需要长时间的处于高功率发送状态，不仅避免了EMC传导与辐射超标的问题，而且降低了电能表的功耗。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.电能表射频模块低功耗检卡方法，在电能表中设有微控制单元，以及与卡片进行数据交互的射频模块，在射频模块内设有采样器，采样器持续获取采样值，其特征在于，在电能表通电后，所述低功耗检卡方法，包括：
步骤一、射频模块处于全功率状态，向外发送握手信号；
步骤二、如果卡片在场内，射频模块与卡片握手成功，则令射频模块与卡片进行数据交互，在数据交互结束后，校准射频模块得到第一校准值，根据第一校准值生成低功耗检卡第一区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤三、如果卡片不在场或者卡片异常，射频模块在预设时间内握手没有成功，校准射频模块得到第二校准值，根据第二校准值生成低功耗检卡第二区间，令射频模块进入低功耗状态；
步骤四、在射频模块进入低功耗模式后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间或低功耗检卡第二区间之外，则射频模块唤醒；
令唤醒后的射频模块重复步骤一至步骤四的操作。
2.根据权利要求1所述的电能表射频模块低功耗检卡方法，其特征在于：
在步骤二中的数据交互的过程中，如果数据交互中断，校准射频模块得到第三校准值，根据第三校准值生成低功耗检卡第三区间，令射频模块进入低功耗状态。
3.根据权利要求1所述的电能表射频模块低功耗检卡方法，其特征在于：
在步骤二后，如果射频模块采样器采样值位于低功耗检卡第一区间之外，则射频模块唤醒；
在射频模块发送握手协议失败后，校准射频模块得到第四校准值，根据第四校准值生成低功耗检卡第四区间，令射频模块进入低功耗状态。
4.根据权利要求1所述的电能表射频模块低功耗检卡方法，其特征在于：
当卡片进入射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手与数据交互成功则生成卡片插入信号；
当卡片离开射频模块的感应区域时，卡片与射频模块握手或数据交互失败则清除卡片插入信号。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电能表射频模块低功耗检卡方法，其特征在于，将射频模块从低功耗状态唤醒，包括：
每隔预设时间，向射频模块发送强制唤醒信号。
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