CN109270342B - 一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其包括微处理器、第一扩展模块接口和第二扩展模块接口，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均与微处理器电连接，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均支持连接两个外部扩展模块；所述微处理器用于实时自动识别第一扩展模块接口或第二扩展模块接口上是否连接有扩展模块，并在识别出有扩展模块时，分别通过第一扩展模块接口或第二扩展模块接口读取对应扩展模块的模块信息。本发明每个扩展模块接口均可以安装两个扩展模块，模块任意组合、自动识别，支持热插拔。
Description
技术领域
本发明涉及多功能电力仪表技术领域，特别是涉及一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表。
背景技术
随着国家电网对于智能电网的提出和建设，对电力仪表监测功能、控制功能和通信提出了更高的要求。有些使用环境可能需要开关量监测功能，有些使用场合相应控制功能更多一些，有些使用场合需要温度测量。不用通信环境下可能需要不同的通信协议。在仪表体积受限、芯片资源有限的情况下，不可能设计出具有满足市场所有要求的一个仪表。现在的情况是要满足市场不同需求，需更改仪表设计，这会导致响应需求缓慢，供货不及时，产品质量也存在隐患。仪表在使用过程中新需求的出现会要求仪表增加监测、控制功能或通信功能，如果都通过更换仪表来满足需求，会增加用户的成本和维护难度。自识别扩展模块多功能电力仪表更容易满足现场需求的变化改动情况。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特点在于，其包括微处理器、第一扩展模块接口和第二扩展模块接口，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均与微处理器电连接，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均支持连接两个外部扩展模块；
所述微处理器用于实时自动识别第一扩展模块接口或第二扩展模块接口上是否连接有扩展模块，并在识别出有扩展模块时，分别通过第一扩展模块接口或第二扩展模块接口读取对应扩展模块的模块信息。
本发明的积极进步效果在于：
本发明具有外部扩展模块自识别技术的多功能仪表，每个扩展模块接口均可以安装两个扩展模块，模块任意组合、自动识别，支持热插拔。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表的结构框图。
图2为本发明具有扩展模块自识别技术的多功能电力仪表的扩展模块接口X1与两个模块连接示意图。
图3为本发明具有扩展模块自识别技术的多功能电力仪表MCU与扩展模块接口X1和扩展模块接口X2线路图。
图4为本发明具有扩展模块自识别技术的多功能电力仪表的扩展模块的MCU与接插端子J1和J2的线路图。
图5为本发明具有扩展模块自识别技术的多功能电力仪表自动识别扩展模块流程图。
图6为本发明具有扩展模块自识别技术的多功能电力仪表的扩展模块响应和识别后续扩展模块流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其包括微处理器、扩展模块接口X1和扩展模块接口X2，所述扩展模块接口X1和扩展模块接口X2均与微处理器电连接，所述扩展模块接口X1和扩展模块接口X2均支持连接两个外部扩展模块，所述微处理器采用MCU，所述MCU选用STM32FRC103RC芯片。
对于扩展模块如交流开关量输入模块FM1、开关量输入模块FM2、继电器输出模块FM3、直流模拟量输入模块FM4、温度测量模块FM5和模拟量输出模块FM6，仪表支持任意组合，可以同为4个相同的模块、4个不同的模块或其他组合分别安装在扩展模块接口X1和扩展模块接口X2上。
对于扩展模块如以太网通信模块FM7、Profibus-DP通信模块FM8、WIFI通信模块FM9、GPRS通信模块FM10、Modbus-RTU通行模块FM11和LORA通信模块FM12，仪表支持任意两个通信模块分别安装在扩展模块接口X1和扩展模块接口X2上。
所述扩展模块接口X1和扩展模块接口X2支持扩展模块的热插拔，仪表在工作状态下，可以进行扩展模块的安装或更换工作。
所述微处理器用于实时自动识别第一扩展模块接口或第二扩展模块接口上是否连接有扩展模块，并在识别出有扩展模块时，分别通过第一扩展模块接口或第二扩展模块接口读取对应扩展模块的模块信息。
如图1所示，所述多功能电力仪表还包括三相电压电流模拟量输入电路、计量芯片、通信模块、开关量输入模块、继电器输出模块、时钟芯片、LCD显示器、按键模块和用于为仪表供电的电源模块，所述微处理器分别与计量芯片、通信模块、开关量输入模块、继电器输出模块、LCD显示器、时钟芯片和按键模块电连接，所述计量芯片与三相电压电流模拟量输入电路电连接。
所述计量芯片用于对三相电压电流模拟量输入电路的电压和电流进行采样，并将采样数据传输给微处理器，所述微处理器用于根据采样数据测量电量数据并进行电能累计和电能质量分析。
图2示出了扩展模块接口X1与两个扩展模块连接方式示意。
图3示出了上述电力仪表中微处理器MCU与扩展模块接口X1和扩展模块接口X2线路图，仪表上电后，仪表内部微处理器MCU通过扩展模块接口X1的第10个引脚输出频率为10Hz的脉冲信号；通过扩展模块接口X2的第10个引脚输出频率为20Hz的脉冲信号。微处理器MCU实时监测扩展模块接口X1的第9个引脚M1和第11个引脚M3，如果引脚状态为低电平，表示有扩展模块接入。第9个引脚M1对应的扩展模块地址为1，第11个引脚M3对应的扩展模块地址为3。同理，微处理器MCU实时监测扩展模块接口X2的第9个引脚M2和第11个引脚M4，如果引脚状态为低电平，表示对有扩展模块接入。第9个引脚M2对应模块地址为2，第11个引脚M4对应的模块地址为4。仪表内部MCU根据监测到的第9个引脚M1、第9个引脚M2、第11个引脚M3、第11个引脚M4引脚的电平状态判断是否有扩展模块接入，若为低电平状态表示该位置有扩展模块接入，若为高电平状态表示该位置没有扩展模块接入。如果有扩展模块接入，仪表内部MCU按照相应的地址分别通过扩展模块接口X1或扩展模块接口X2的第6、8引脚读取扩展模块的模块信息，根据读取到的模块信息显示模块类型和相应的功能。
完成扩展模块自动识别后，所述微处理器用于停止10Hz或20Hz的脉冲输出，当仪表外部扩展模块移除时，相应的M1、M2、M3或M4引脚电平状态会变高，微处理器监测到M1、M2、M3或M4引脚的电平状态变高时，将自动清除仪表内部对应的模块信息，新扩展模块重新插入时，微处理器监测到相应引脚M1、M2、M3或M4为低电平状态，如果是M1或M2引脚为低电平，微处理器再次输出相应对10Hz或20Hz脉冲信号。
图4示出了上述电力仪表中扩展模块线路图，扩展模块接口X1接入两个扩展模块N1和N2，扩展模块N1得电启动，扩展模块N1内部MCU拉低连接器J1的第10个引脚M1使其处于低电平状态，表示有扩展模块接入，仪表内部微处理器MCU监测到该信息后判定第一扩展模块接口第一个扩展模块N1接入。
扩展模块N1内部MCU检测连接器J1的第9个引脚SCK3的输入频率，在输入频率为10Hz时，模块N1自动将本地通信地址设置为1，在输入频率为20Hz时，模块N1自动将本地通信地址设置为2。
扩展模块N2得电启动后，扩展模块N2内部MCU将其连接器J1的第12个引脚M1电平拉低，使其处于低电平状态，扩展模块N1内部MCU则会监测到连接器J2的第10个引脚XM3为低电平，表示扩展模块N1后面还有功能模块，扩展模块N1内部MCU则会拉低连接器J1的M3引脚，告知仪表有第二个模块接入，微处理器检测到第一扩展模块接口的第11个引脚M3为为低电平，就判定扩展模块接口X1有第二个扩展模块接入。
扩展模块N1根据自身通信地址通过连接器J2的第9个引脚SCK1输出相应对频率对脉冲信号，若内部地址为1，则输出30Hz脉冲信号，若内部地址为2，则输出频率为40Hz对脉冲信号。
扩展模块N2检测到连接器J2的输入频率，扩展模块N2内部MCU根据检测到的频率设定本地通信地址，若输入频率为30Hz，扩展模块N2内部MCU自动将本地通信地址设置为3，若检测到输入频率为40Hz，扩展模块N2内部MCU自动将本机通信地址设置为4。
完成扩展模块配置后，扩展模块N1停止脉冲输出，若扩展模块N1内部MCU监测到连接器J2的状态再次由高电平变为低电平状态时，扩展模块N1重新进行脉冲信号输出，进行扩展模块N2的地址配置和状态读取。
图5示出了上述电力仪表自动识别扩展模块流程图。仪表内部MCU检测模块1的状态信号，如果为低电平表示有扩展模块1，仪表内部MCU输出10Hz脉冲信号，对扩展模块1进行地址配置，扩展模块1配置地址完成后，仪表MCU读取扩展模块1的信息。如果仪表内部MCU检测到扩展模块1的信号状态为高电平表示没有扩展模块1。随后检测模块2的状态信号，如果为低电平表示有扩展模块2，仪表内部MCU输出20Hz脉冲信号，对扩展模块2进行地址配置，扩展模块2地址配置完成后，读取扩展模块2的信息。如果仪表内部MCU检测到扩展模块2的信号状态为高电平表示没有扩展模块2。随后检测模块3的状态信号，低电平表示有扩展模块3，读取扩展模块3的信息。如果为高电平表示没有扩展模块3。最后检测模块4的状态信号，如果为低电平表示有扩展模块4，读取扩展模块4的信息。如果为高电平表示没有扩展模块4。
图6示出了上述电力仪表扩展模块响应和识别后续扩展模块流程图。扩展模块上电后，首先扩展模块将表示自身状态M1引脚拉低，测量输入频率，确定本模块的地址。10Hz频率对应地址1，20Hz频率对应地址2，30Hz频率对应地址3，40Hz频率对应地址4。当模块地址为1或2时，要进行该扩展模块后是否还有扩展模块的判断。否则扩展模块响应完成。当模块地址为1或2时，检测输入引脚XM3的状态，该引脚状态为低时表示有后续扩展模块，否则没有后续扩展模块。当有后续扩展模块时，根据当前模块的地址确定输出给后续模块的频率，当前模块地址为1，输出30Hz的脉冲频率，当前模块地址为2，输出40Hz的脉冲频率。拉低当前模块的M3状态位，告知仪表内部MCU该接口有两个扩展模块。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，其包括微处理器、第一扩展模块接口和第二扩展模块接口，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均与微处理器电连接，所述第一扩展模块接口和第二扩展模块接口均支持连接两个外部扩展模块；
所述微处理器用于实时自动识别第一扩展模块接口或第二扩展模块接口上是否连接有扩展模块，并在识别出有扩展模块时，分别通过第一扩展模块接口或第二扩展模块接口读取对应扩展模块的模块信息；
所述多功能电表上电后，所述微处理器用于实时监测第一扩展模块接口的第9个引脚M1和第11个引脚M3，如果引脚状态为低电平，表示有扩展模块接入；
所述微处理器用于在监测到第一扩展模块接口的第9个引脚M1为低电平状态时，通过第一扩展模块接口的第10个引脚输出频率为10Hz的脉冲信号，第一扩展模块接口的第9个引脚M1对应的模块地址自动配置为1，第一扩展模块接口的第11个引脚M3对应的模块地址自动配置为3；
所述微处理器用于实时监测第二扩展模块接口的第9个引脚M2和第11个引脚M4，如果引脚状态为低电平，表示有扩展模块接入，通过第二扩展模块接口的第10个引脚输出频率为20Hz的脉冲信号，第二扩展模块接口的第9个引脚M2对应的模块地址自动配置为2，第二扩展模块接口的第11个引脚M4对应的模块地址自动配置为4；
所述微处理器用于根据监测到的M1、M2、M3、M4引脚的电平状态判断是否有模块接入，若为低电平状态表示所述M1、M2、M3、M4引脚中的处于低电平状态的引脚有模块接入，若为高电平状态表示所述M1、M2、M3、M4引脚中的处于高电平状态的引脚没有模块接入，如果有扩展模块接入，按照相应的地址分别通过第一扩展模块接口或第二扩展模块接口的第6、8引脚读取模块信息；
所述微处理器用于根据读取到的模块信息显示模块类型和相应的功能。
2.如权利要求1所述的具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，完成扩展模块自动识别后，所述微处理器用于停止10Hz或20Hz的脉冲输出，当仪表外部扩展模块移除时，相应的M1、M2、M3或M4引脚电平状态会变高，微处理器监测到M1、M2、M3或M4引脚的电平状态变高时，将自动清除仪表内部对应的模块信息，新扩展模块重新插入时，微处理器监测到相应引脚M1、M2、M3或M4为低电平状态，如果是M1或M2引脚为低电平，微处理器再次输出相应对10Hz或20Hz脉冲信号。
3.如权利要求1所述的具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，第一扩展模块接口接入两个扩展模块N1和N2，扩展模块N1得电启动，扩展模块N1内部MCU拉低连接器J1的第10个引脚M1使其处于低电平状态，表示有扩展模块接入，微处理器监测到该信息后判定第一扩展模块接口第一个扩展模块N1接入；
扩展模块N1内部MCU检测连接器J1的第9个引脚SCK3的输入频率，在输入频率为10Hz时，模块N1自动将本地通信地址设置为1，在输入频率为20Hz时，模块N1自动将本地通信地址设置为2；
扩展模块N2得电启动后，扩展模块N2内部MCU将其连接器J1的第12个引脚M1电平拉低，使其处于低电平状态，扩展模块N1内部MCU则会监测到连接器J2的第10个引脚XM3为低电平，表示扩展模块N1后面还有功能模块，扩展模块N1内部MCU则会拉低连接器J1的M3引脚，告知仪表有第二个模块接入，微处理器检测到第一扩展模块接口的第11个引脚M3为为低电平，就判定第一扩展模块接口有第二个扩展模块接入；
扩展模块N1根据自身通信地址通过连接器J2的第9个引脚SCK1输出相应对频率对脉冲信号，若内部地址为1，则输出30Hz脉冲信号，若内部地址为2，则输出频率为40Hz对脉冲信号；
扩展模块N2检测到连接器J2的输入频率，扩展模块N2内部MCU根据检测到的频率设定本地通信地址，若输入频率为30Hz，扩展模块N2内部MCU自动将本地通信地址设置为3，若检测到输入频率为40Hz，扩展模块N2内部MCU自动将本机通信地址设置为4；
完成扩展模块配置后，扩展模块N1停止脉冲输出，若扩展模块N1内部MCU监测到连接器J2的状态再次由高电平变为低电平状态时，扩展模块N1重新进行脉冲信号输出，进行扩展模块N2的地址配置和状态读取。
4.如权利要求1所述的具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，所述微处理器采用MCU，所述MCU选用STM32FRC103RC芯片。
5.如权利要求1所述的具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，所述多功能电表还包括三相电压电流模拟量输入电路、计量芯片、通信模块、开关量输入模块、继电器输出模块、时钟芯片、LCD显示器和按键模块，所述微处理器分别与计量芯片、通信模块、开关量输入模块、继电器输出模块、LCD显示器、时钟芯片和按键模块电连接，所述计量芯片与三相电压电流模拟量输入电路电连接；
所述计量芯片用于对三相电压电流模拟量输入电路的电压和电流进行采样，并将采样数据传输给微处理器，所述微处理器用于根据采样数据测量电量数据并进行电能累计和电能质量分析。
6.如权利要求1所述的具备功能扩展模块自识别技术的多功能电表，其特征在于，所述多功能电表还包括电源模块。
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