CN108449398B - 一种面向对象数据交换协议的实现方法和电能表 - Google Patents

一种面向对象数据交换协议的实现方法和电能表 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种面向对象数据交换协议的实现方法和电能表，电能表包括多个与外界通信的通信模块，用于计量用电量的计量模块，用于存储数据的存储模块和主控模块；存储模块形成与多个通讯模块一一对应的存储层缓冲区；主控模块形成链路层、应用层和功能层；链路层形成与多个通讯模块一一对应的链路层模块，当多个通讯模块接收到外部数据时，发送到链路层中对应的链路层模块，如果应用层未被占用则将链路层数据获取到应用层；将存储层缓冲区中的数据放入功能层进行数据处理。本发明通过对MCU的优化设计，解决了8种冻结周期与现有存储空间之间的矛盾，使得原有的存储空间更加灵活的配置，存储更多的数据，现有电能表的存储器能够沿用，节约了成本。

Description

一种面向对象数据交换协议的实现方法和电能表
技术领域
本发明涉及智能电能表领域，具体涉及一种实现面向对象数据交换协议的方法和电能表。
背景技术
随着业务需求的变化，尤其是售电侧市场的开放，时段、电价的划分具有针对性、多样性和实时性，现在的智能电能表数据传输协议采用的DL/T 645-2007《多功能电能表通信协议》，该协议数据扩展性差，互操作性差，通讯效率也较低，已经无法满足现有的快速增长的业务需求，所以国家电网公司提出智能电能的表数据传输协议需采用面向对象数据交换协议。
原DL/T 645-2007《多功能电能表通信协议》中定义一次传输的字节数不大于200个字节，现面向对象数据交换协议需要实现一次传输字节不小于2000个字节，如果有RS485、载波、红外3个通道，对MCU的需求就是总共需要6000个字节RAM，加上其他设计需要，需求远超过8K字节的RAM，而现电能表行业的MCU硬件平台RAM基本都在8K及以下。原设计实现见图1。
原DL/T 645-2007《多功能电能表通信协议》中定义电量冻结的内容为固定的，存储的次数也是固定的，现面向对象数据交换协议需要实现周期、深度、数据项(关联对象)都要能动态分配。
例如日冻结，假设存储空间为M，周期为d，存储次数(深度)为x，数据项为yn。
原来645中要求每天存储一次，总共存储62次，存储内容包括正向有功电能、反向有功电能、有功功率等。也即d＝1，x＝62，y1＝20，y2＝20，y3＝4。总共需要存储空间M＝d*x*(y1+y2+y3)＝1*62*(20+20+4)＝2976个字节。
现在面向对象协议中要求同一个数据项可以存储8种冻结周期和深度，如果按照原来设计方法即M＝8*d*x*(y1+y2+y3)＝8*1*62*(20+20+4)＝23808个字节，如果用户只需要配置方案1的数据项时，其他方案的存储空间处于闲置状态无法起到作用，而且当用户需要把方案1的数据项增加时，只能在方案1的存储空间上进行扩展，而无法从其他方案上把闲置的空间合并使用。这样数据存储器的容量扩大就要数倍大，且如果后续再增加某个方案的数据项时又会由于存储容量的不足而无法满足要求。原设计实现如下表所示。
Figure BSA0000160442640000021
另外一种如果使用文件系统时是可以实现动态存储的过程的，但是文件系统本身的导引区就占有很大的空间，无法适用于小型的存储模块。
由此可见，现有技术是无法完整实现面向对象数据交换协议的最核心的大容量数据的传输、动态数据的存储的特点。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种面向对象数据交换协议的实现方法和电能表，从而能够在电能表中实现面向对象数据交换协议。
本发明的技术方案如下：
提供一种实现面向对象数据交换协议的电能表，包括多个与外界通信的通信模块，用于计量用电量的计量模块，用于存储数据的存储模块和主控模块；
存储模块形成与多个通讯模块一一对应的存储层缓冲区；
主控模块形成链路层、应用层和功能层；链路层形成与多个通讯模块一一对应的链路层模块，当多个通讯模块接收到外部数据时，发送到链路层中对应的链路层模块，主控模块判断应用层是否被占用，如果未被占用则将链路层数据获取到应用层，并锁定应用层，如果被占用则等待；应用层数据接收完毕后，将应用层数据放入对应通道的存储层缓冲区，并解除应用层的锁定；主控模块判断功能层是否被占用，如果被占用则等待，如果未被占用则将存储层缓冲区中的数据放入功能层，把该通道占用功能层的标志置位，并锁定功能层；功能层进行数据处理，处理完毕后解除锁定；当需要调用数据时，功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
优选的，所述通信模块包括载波、红外和RS485通信模块。
优选的，在存储模块中划分一个存储区域做为冻结或者事件的存储页，根据设定的存储周期、深度、数据项建立索引区域，索引区包括索引号、存储周期值、存储深度值、每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度和所有方案数据项总长度。
优选的，当主控模块中根据时间点触发存储时，根据数据项定义的方案号寻找到存储页中的地址并进行存储；当主控模块需要获取某一个时刻的某个数据项时，根据索引页中的索引号、每个方案数据项地址偏移获取到该数据项。
优选的，当数据项存在改变时，只需改变索引区域每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。
同时提供一种电能表面向对象数据交换协议的实现方法，所述电能表包括多个与外界通信的通信模块，用于计量用电量的计量模块，用于存储数据的存储模块和主控模块；存储模块形成与多个通讯模块一一对应的存储层缓冲区；主控模块形成链路层、应用层和功能层；
接收数据包括如下步骤：
(1)通信模块将接收的数据放入链路层；
(2)判断应用层缓存区域被占用，如果被占用则返回步骤(1)，如果未被占用则把链路层数据放入到应用层缓存区同时把该通道占用应用层的标志置位；
(3)判断应用层数据是否存在接收错误，如果存在接收错误，则将该通道占用应用层的标志置位清零；如果不存在错误，则进入步骤(4)；
(4)判断应用层数据是否接收完毕，如果接收完毕，则将应用层数据放入对应通道的存储层缓冲区，将该通道占用应用层的标志置位清零；如果没有接收完毕则返回步骤(1)；
(5)判断功能层缓存区是否被占用，如果被占用则等待；如果未被占用则将存储层缓冲区数据放入功能层缓存区，把该通道占用功能层的标志置位；
(6)功能层进行数据处理，处理完毕后将该通道占用功能层的标志清零；
发送数据包括如下步骤：
(3)功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；
(4)应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
优选的，在存储模块中划分一个存储区域做为冻结或者事件的存储页，根据设定的存储周期、深度、数据项建立索引区域，索引区包括索引号、存储周期值、存储深度值、每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度和所有方案数据项总长度。
优选的，当主控模块中根据时间点触发存储时，根据数据项定义的方案号寻找到存储页中的地址并进行存储；当主控模块需要获取某一个时刻的某个数据项时，根据索引页中的索引号、每个方案数据项地址偏移获取到该数据项。优选的，当数据项存在改变时，只需改变索引区域每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。
优选的，发送数据包括定时向外部发送或者主控模块接收到查询指令后，将对应数据向外发送。
本发明相对于现有技术存在以下有益效果：
(1)本发明通过对MCU的优化设计，解决了8种冻结周期与现有存储空间之间的矛盾，使得原有的存储空间更加灵活的配置，存储更多的数据。
(2)本发明的面向对象数据交换协议的方法，无需更换现有电能表的存储器，即可满足新的通讯协议的要求，能够沿用现有电能表的存储器，节约了成本。
(3)本发明将原有面向过程的操作方式改进为面向对象的操作方式，不仅可以解决原来的存储方法浪费存储空间的问题，也解决了在小型存储模块上无法使用文件系统的问题。
附图说明
图1为现有的数据传输示意图；
图2为本发明数据传输示意图；
图3为本发明动态存储实现示意图；
图4为本发明接收数据流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
本发明中的一种实现面向对象数据交换协议的电能表包括给整个系统提供电源的电源模块；和外界通信的载波、红外、RS485通信模块；用于实现计量功能的计量模块；用于实现主控制功能的MCU模块；用于存储数据的存储模块。MCU模块包括三层，链路层、应用层和功能层；存储模块形成存储模块缓存区。链路层形成与多个通讯模块一一对应的模块，当载波、红外或RS485通信模块接收到外部数据时，发送到链路层中对应的模块，MCU模块接收到通知后，判断应用层缓冲区是否被占用，没有被占用就把链路层缓冲区数据获取到应用层缓冲区，并做一次互锁操作，被占用就通知通信模块处于等待状态。互锁的方式为：应用缓冲层被载波、红外、RS485链路缓冲层中对应的模块占用，则将对应的状态位置位，当处理完毕后，清零状态位，释放应用缓冲层。存储层分为三个存储区，分别存储载波、红外、RS485的数据。应用层将载波、红外、RS485的数据，分别存储到载波、红外、RS485对应的存储区。
当需要调用数据时，MCU功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
结合图2当通信模块开始接收数据时，当MCU模块和通信模块交互完成后，MCU模块把接收到的数据压入存储模块中临时通信缓存区，同时解开互锁机制，释放应用层缓冲区，MCU模块中的功能层获取到存储模块中临时通信缓存区已经就绪，判断功能层缓冲区是否被占用，没有被占用就把存储模块中的临时通信缓存区中的数据获取到功能层缓冲区，并做一次互锁操作，被占用就通知存储模块处于等待状态。从而实现了大容量数据传输。
本发明中的一种实现面向对象数据交换协议的方法包括：
结合图4接收数据包括如下步骤：
(1)通信模块将接收的数据放入链路层；
(2)判断应用层缓存区域被占用，如果被占用则返回步骤(1)，如果未被占用则把链路层数据放入到应用层缓存区同时把该通道占用应用层的标志置位；
(3)判断应用层数据是否存在接收错误，如果存在接收错误，则将该通道占用应用层的标志置位清零；如果不存在错误，则进入步骤(4)；
(4)判断应用层数据是否接收完毕，如果接收完毕，则将应用层数据放入对应通道的存储层缓冲区，将该通道占用应用层的标志置位清零；如果没有接收完毕则返回步骤(1)；
(5)判断功能层缓存区是否被占用，如果被占用则等待；如果未被占用则将存储层缓冲区数据放入功能层缓存区，把该通道占用功能层的标志置位；
(6)功能层进行数据处理，处理完毕后将该通道占用功能层的标志清零；
发送数据包括如下步骤：
(5)功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；
应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
结合图3，首先在存储模块中划分一个大的存储区域做为冻结或者事件的存储页，根据设定的存储周期、深度、数据项(关联对象)建立索引区域，索引区包括索引号、存储周期值、存储深度值、每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。当MCU模块中根据时间点触发存储时，根据数据项定义的方案号寻找到存储页中的地址并进行存储，当需要MCU模块需要获取某一个时刻的某个数据项时，根据索引页中的索引号、每个方案数据项地址偏移量就能获取到该数据项，当数据项存在改变时，只需改变索引区域每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。从而实现了动态数据存储。一
实施例
以分钟冻结为例子，首先在存储模块中分配20000个字节做为存储分钟冻结的存储区域，地址从0到20000。假设现在分钟冻结需要冻结电压、电流、功率、当前正向有功总电能四个数据项数据，每个数据项分别占有的长度是2\4\4\4字节，冻结的时间占有长度4字节。
1)冻结周期只有1种，1分钟冻结一次，存储深度为200，即初始化时索引区域1方案索引号为零，其余方案索引号无效，1方案周期为1，其余方案周期无效，1方案深度200，其余方案无效，1方案偏移地址为0，其余方案无效，1方案总长度为200*(2+4+4+4+4)＝3600，总长度也即3600。
存储数据时，当每分钟到达后，索引号增加1，把4类数据存储到对应的存储区域，地址计算为：索引号*(2+4+4+4)，直到索引号大于等于200时，索引号等于0。
获取数据时，通过索引号和方案的偏移地址可以获取到对应冻结数据的地址，再进行时间的判断，从而可以获取数据。
2)冻结周期有2种时，一种是一分钟冻结，存储深度位200，一种是二分钟冻结，存储深度为400，即初始化的时索引区域1方案索引号为零，2方案号索引为零其余方案索引号无效，1方案周期为1，2方案周期为2，其余方案周期无效，1方案深度200，2方案深度为400，其余方案无效，1方案偏移地址为0，2方案偏移地址为3600，其余方案无效，1方案总长度为200*(2+4+4+4+4)＝3600，2方案总长度为400*(2+4+4+4+4)＝7200总长度即10800。
存储数据时，当每分钟到达后，索引号增加1，把4类数据存储到对应的存储区域，地址计算为：索引号*(2+4+4+4)，直到索引号大于等于200时，索引号等于0。每2分钟到达后，和每分钟的存储过程一致。
获取数据时，通过索引号和方案的偏移地址可以获取到对应冻结数据的地址，再进行时间的判断，从而可以获取数据。
当要增加另外几种方案时，依次类推，只要总长度不大于20000个字节时就可以实现存储空间的最大利用化。
通过这种方法进行存储，不仅可以解决原来的存储方法浪费存储空间的问题，也避免了在小型存储模块上无法使用文件系统的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种实现面向对象数据交换协议的电能表，其特征在于，包括多个与外界通信的通信模块，用于计量用电量的计量模块，用于存储数据的存储模块和主控模块；
所述通信模块包括载波、红外和RS485通信模块；存储模块形成与载波、红外和RS485通信模块一一对应的存储层缓冲区；
主控模块形成链路层、应用层和功能层；链路层形成与载波、红外和RS485通信模块一一对应的链路层模块，当多个通讯模块接收到外部数据时，发送到链路层中对应的链路层模块，主控模块判断应用层是否被占用，如果未被占用则将链路层数据获取到应用层，并锁定应用层，如果被占用则等待；应用层数据接收完毕后，将应用层数据放入对应通道的存储层缓冲区，并解除应用层的锁定；主控模块判断功能层是否被占用，如果被占用则等待，如果未被占用则将存储层缓冲区中的数据放入功能层，把该通道占用功能层的标志置位，并锁定功能层；功能层进行数据处理，处理完毕后解除锁定；当需要调用数据时，功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
2.如权利要求1所述的实现面向对象数据交换协议的电能表，其特征在于，在存储模块中划分一个存储区域做为冻结或者事件的存储页，根据设定的存储周期、深度、数据项建立索引区域，索引区包括索引号、存储周期值、存储深度值、每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度和所有方案数据项总长度。
3.如权利要求2所述的实现面向对象数据交换协议的电能表，其特征在于，当主控模块中根据时间点触发存储时，根据数据项定义的方案号寻找到存储页中的地址并进行存储；当主控模块需要获取某一个时刻的某个数据项时，根据索引页中的索引号、每个方案数据项地址偏移获取到该数据项。
4.如权利要求3所述的实现面向对象数据交换协议的电能表，其特征在于，当数据项存在改变时，只需改变索引区域每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。
5.一种电能表面向对象数据交换协议的实现方法，所述电能表包括多个与外界通信的通信模块，用于计量用电量的计量模块，用于存储数据的存储模块和主控模块；所述通信模块包括载波、红外和RS485通信模块，存储模块形成与载波、红外和RS485通信模块一一对应的存储层缓冲区；主控模块形成链路层、应用层和功能层；链路层形成与载波、红外和RS485通信模块一一对应的链路层模块；其特征在于：
接收数据包括如下步骤：
(1)通信模块将接收的数据放入链路层对应的链路层模块；
(2)判断应用层缓存区域被占用，如果被占用则返回步骤(1)，如果未被占用则把链路层数据放入到应用层缓存区同时把通道占用应用层的标志置位；
(3)判断应用层数据是否存在接收错误，如果存在接收错误，则将该通道占用应用层的标志置位清零；如果不存在错误，则进入步骤(4)；
(4)判断应用层数据是否接收完毕，如果接收完毕，则将应用层数据放入对应通道的存储层缓冲区，将该通道占用应用层的标志置位清零；如果没有接收完毕则返回步骤(1)；
(5)判断功能层缓存区是否被占用，如果被占用则等待；如果未被占用则将存储层缓冲区数据放入功能层缓存区，把该通道占用功能层的标志置位；
(6)功能层进行数据处理，处理完毕后将该通道占用功能层的标志清零；
发送数据包括如下步骤：
(1)功能层从计量模块中读取相应数据加载到存储层；
(2)应用层从存储层中读取相应数据，并通过对应的链路层模块向外发送。
6.如权利要求5所述的电能表面向对象数据交换协议的实现方法，其特征在于：在存储模块中划分一个存储区域做为冻结或者事件的存储页，根据设定的存储周期、深度、数据项建立索引区域，索引区包括索引号、存储周期值、存储深度值、每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度和所有方案数据项总长度。
7.如权利要求6所述的电能表面向对象数据交换协议的实现方法，其特征在于，当主控模块中根据时间点触发存储时，根据数据项定义的方案号寻找到存储页中的地址并进行存储；当主控模块需要获取某一个时刻的某个数据项时，根据索引页中的索引号、每个方案数据项地址偏移获取到该数据项。
8.如权利要求7所述的电能表面向对象数据交换协议的实现方法，其特征在于，当数据项存在改变时，只需改变索引区域每个方案数据项地址偏移量、每个方案数据项总长度、所有方案数据项总长度。
9.如权利要求5所述的电能表面向对象数据交换协议的实现方法，其特征在于：发送数据包括定时向外部发送或者主控模块接收到查询指令后，将对应数据向外发送。
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