CN110596636A - 一种智能电表上电加载校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电表上电加载校正方法包括如下步骤：对上电加载校表参数处理流程，对校表参数采用多重备份，在智能电能表计量模块内配置参数，采用可靠的数据校验方式，对智能电能表运行参数全程监控管理，全部校表参数和计量参数数据，定时采用CRC校验比对和计量模块系统状态检测，当发现有错误数据时，及时用正确的数据纠正，以减少连续干扰导致各计量参数备份均发生改变的可能性，确保计量模块运行的正确性。该校正方法在保证硬件有较强的抗干扰性的基础上，可对上电配置和运行过程中对计量参数的合法性、正确性进行判断处理。可使得控制程序具备一定的机制，可防止运行过程中计量模块因电能表停复电、微控制器和计量模块之间的通讯出错。

Description

一种智能电表上电加载校正方法

技术领域

本发明涉及智能电表检测技术领域，具体涉及一种智能电表上电加载校正方法。

背景技术

智能电能表是智能电网的重要组成部分，是实现用电信息采集系统的基础支撑。面对如此庞大运行数量的智能电能表质量管控工作，目前电力公司质量管控手段主要包括到货质量检验、安装质量控制、运行质量监督、客户反馈质量跟踪等，如何有效受控大规模智能电能表的全寿命周期质量，不仅是电力公司面临的艰巨任务，更是全体智能电能表供货企业必须积极应对的头等大事。

智能电能表产品实现过程主要包括技术方案设计、元器件选型、加工制造工艺三个环节，科学的硬件和软件设计，可靠的元器件选型和采购，先进的加工制造工艺是智能电能表质量的重要保证，三者缺一不可。国家电网公司招标文件提供的典型故障现象充分说明了智能电能表的质量与这三个环节密切相关。由于智能电能表运行在环境复杂的坚强电网末端，全天候工作模式对智能电能表提出了更高的技术要求。电能表批次质量一致性和可靠性直接关系到交付电能表的运行质量。

智能电的计量是智能电能表最基本最核心的功能要求，在任何情况下智能电能表在某些特定干扰(如快速停复电)情况下，SPI通讯传输数据的不可靠或是硬件受干扰，导致微控制器(MCU)不能将正确的配置参数成功写入计量模块；微控制器MCU程序在运行过程中没有对计量模块进行监控和纠错，就会出现2级单相本地费控智能电能表在现场运行中出现走字过快、电量突增故障。

智能电能表用计量模块配置参数的处理流程为：上电时加载已校正的参数，并应在电能表运行过程中，定时检查计量模块的工作状态及校表参数的合法性和正确性。常用计量模块自带有参数校验功能，若为计量模块的默认参数或者是“校验和”正确但参数错误的数据，则造成电能计量失准；若写入的校表参数“校验和”错误，则造成电能不计量。

导致电能计量失准的原因有多种可能，常见原因包括硬件SPI口通讯设计外围参数、软件设计的校表参数加载及监控校验、制造加工工艺(分板、清洗和三防)对计量模块基准源的影响、制造加工工艺的采样线焊接和试验验证(样机定型、小批及批量过程试验和出厂试验)等方面。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种在保证硬件有较强的抗干扰性的基础上，可对上电配置和运行过程中对计量参数的合法性、正确性进行判断处理。可以使得控制程序具备一定的机制，并予以合理安排，可防止运行过程中计量模块因电能表停复电、微控制器和计量模块之间的通讯出错，以及受外部干扰等各种因素可能导致配置参数错误的智能电表上电加载校正方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种智能电表上电加载校正方法，所述校正方法包括如下步骤：

S1、对上电加载校表参数处理流程，当智能电表内计量模块发生各备份计量参数均有错误情况时，启用智能电表内存只读储模器内的区域默认参数，将表计的计量准确度控制在设计允许的范围内；

S2、对校表参数采用多重备份、冗余纠错，采用随机存取存储器、电可擦可编程只读存储器多重备份方式，确保校表参数的正确性；

S3、校准计量参数的正确性，在智能电能表计量模块内配置参数，在智能电能表出厂前，通过电能表校验装置校准并固化在电可擦可编程只读存储器中，出厂后，计量校准数据权限最高，禁止非法篡改，以确保数据的正确性；

S4、采用可靠的数据校验方式，CRC16校验方式，其数据校验公式为X16+X12+X5+1；

S5、对智能电能表运行参数全程监控管理，全部校表参数和计量参数数据，定时采用CRC校验比对和计量模块系统状态检测，当发现有错误数据时，及时用正确的数据纠正，以减少连续干扰导致各计量参数备份均发生改变的可能性，确保计量模块运行的正确性。

优选的技术方案是，在所述智能电表内设置有微控制器，由微控制器读取计量模块中的参数，并与微控制器中的参数进行比对，如有差异，则说明数据传输过程中出现错误，需要重新发送，同时考虑到读取数据时有受到干扰的可能，在判断到数据有差异后，不会马上重新发送数据，而是进行多次判断，以避免重复的发送操作，提高数据传输的正确性。

进一步优选的技术方案是，在所述智能电表的电路板上缩短布线距离，增设小容量滤波电容器。

进一步优选的技术方案还有，所述计量模块的型号为RN8209，在计量模块内设有电源监测电路，电源监测电路用于连续对模拟电源进行监控，当电源电压低于4V±0.1V时，计量模块被复位，当电源电压高于4.3V±0.1V时，计量模块正常工作。

进一步优选的技术方案还有，所述计量模块在外部电源电压低于4V±0.1V的情况下不工作，为了确保微控制器能够有效地管理计量模块，智能电能表正常工作时，微控制器的电源应高于4.2V±0.1V。

进一步优选的技术方案还有，所述微控制器当外部电压高于4.6V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。

进一步优选的技术方案还有，所述微控制器外部电压高于4.24V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。

本发明的优点和有益效果在于：所述智能电表上电加载校正方法在保证硬件有较强的抗干扰性的基础上，可对上电配置和运行过程中对计量参数的合法性、正确性进行判断处理。可以使得控制程序具备一定的机制，并予以合理安排，可防止运行过程中计量模块因电能表停复电、微控制器和计量模块之间的通讯出错，以及受外部干扰等各种因素可能导致配置的参数错误。

所述智能电表上电加载校正方法与运行校表参数的错误及软件加载参数、“校验和”纠错、参数正确性等相关。

a)所述智能采用上述上电加载校正方法，在带电正常运行时，克服了校表参数纠错流程存在的缺陷。采用完善的计量模块管理机制，当校表参数发生异常时，因数据恢复机制健全，可以实现重新加载。

b)克服了因上电校表参数加载流程存在缺陷，采用了严格的安全机制。在快速停复电时由于采用了完善的安全机制，可以保证计量模块中寄存器写操作的正确性。

c)由于克服了数据备份机制存在缺陷。可单独采用RAM备份，或者采用一份EEPROM备份的方式对配置的参数进行恢复，均可使配置参数的正确性得到保证。当EEPROM读写受到外部干扰时，也能保障所配置的参数正确恢复。

d)克服了数据校验方式存在缺陷。计量参数采用可靠的数据校验机制，能保证数据的可靠性。如采用累加和检验方式，克服了“数据改变但累加和不变”的现象。

该智能电表在硬件设计中对计量失准的改进

由于校表数据加载过程中，与硬件设计也是密切相关的，如硬件设计不合理，即使数据正确，也有可能导致数据加载错误的现象发生，主要原因有：

f)所述智能采用上述上电加载校正方法，克服了微控制器MCU电源与计量模块电源上电不同步问题。微控制器MCU工作电源先于计量模块工作电源达到稳定状态，在计量模块电源还没有达到稳定状态情况下，克服了微控制器MCU对计量模块进行读写操作，校表参数写入不成功，计量模块则按照默认参数运行的问题。

g)快速停复电时计量模块与而微控制器MCU同时复位。即使计量模块与微控制器MCU的工作电压不同，在频繁掉电的瞬间，计量模块与微控制器MCU能够迅速同时成功复位；时迅速上电，同时复位成功开始工作的微控制器MCU能够完成对计量模块参数的写入，计量模块则按同时写入的参数运行。

h)克服了硬件总线电路参数设计存在缺陷。使得总线接口电路参数配置的设计达到最佳，不易受外界影响，不能干扰数据总线操作，达到时序同步，使得计量模块内部寄存器配置同步。

i)克服了硬件电磁兼容存在缺陷。计量模块不会受到外界信号干扰，可正常重启，不会导致校表参数数据丢失。

附图说明

图1是本发明中智能电表的校表参数监控管理流程图；

图2是本发明中智能电表的上电加载校表数据流程图；

图3是本发明中智能电表的校表参数监控管理流程图；

图4是本发明中智能电表内RN8209计量模块的工作电压；

图5是本发明中智能电表的专用复位电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明是一种智能电表上电加载校正方法，所述校正方法包括如下步骤：

S1、上电加载校表参数处理流程，当智能电表内计量模块发生各备份计量参数均有错误情况时，启用智能电表内存只读储模器ROM内的区域默认参数，可以将表计的计量准确度控制在设计允许的范围内，上电加载校表数据流程如图1所示；

S2、对校表参数采用多重备份、冗余纠错，采用随机存取存储器RAM、电可擦可编程只读存储器EEPROM多重备份方式，确保校表参数的正确性，如图2所示。即便在所有备份参数都损坏的情况下，程序只读存储器ROM区中还有一份默认的校表参数，完全能保证表计计量误差控制在设计允许的范围内。

S3、校准计量参数的正确性，在智能电能表计量模块内配置参数，在智能电能表出厂前，通过电能表校验装置校准并固化在电可擦可编程只读存储器中，出厂后，计量校准数据权限最高，禁止非法篡改，以确保数据的正确性。

S4、采用可靠的数据校验方式，CRC16校验方式，其数据校验公式为X16+X12+X5+1，按该校验方式，对于2字节的随机数，仅存在1/65536的出错概率，可大大提高数据校验的准确性。

S5、对智能电能表运行参数全程监控管理，全部校表参数和计量参数数据，定时采用CRC校验比对和计量模块系统状态检测，当发现有错误数据时，及时用正确的数据纠正，以减少连续干扰导致各计量参数备份均发生改变的可能性，确保计量模块运行的正确性。

优选的技术方案是，在所述智能电表内设置有微控制器，由微控制器读取计量模块中的参数，并与微控制器中的参数进行比对，如有差异，则说明数据传输过程中出现错误，需要重新发送，同时考虑到读取数据时有受到干扰的可能，在判断到数据有差异后，不会马上重新发送数据，而是进行多次判断，以避免重复的发送操作，提高数据传输的正确性，确保计量芯片运行的正确性，如图3所示。

智能电表上电加载校正方法，在硬件抗干扰可靠性措施中，对硬件PCB信号进行完整性设计，用以提高计量参数传输的可靠性。

智能电能表计量模块采用的通信协议主要有三种(见表1)：SPI，UART，I2C。

表1计量芯片通讯协议比较

通信协	应答位	校验位
			SPI	无	无
UART	无	有(奇偶校验)
			I<sup>2</sup>C	有	无

由表1可见，三种通信协议中，仅UART协议配有校验位，而且是可靠性不高的奇偶校验位，也就是说，三种通讯协议均无法通过其本身来确保数据在传输过程中的正确性。因此，需要用微控制器MCU做进一步的处理，我公司采用的方法是：发送完数据后，读取计量芯片中的参数，并与微控制器MCU中的参数进行比对，如有差异，则说明数据传输过程中出现错误，需要重新发送。同时考虑到读取数据时有受到干扰的可能，在判断到数据有差异后，不会马上重新发送数据，而是进行多次判断，以避免重复的发送操作，提高数据传输的正确性。

本发明进一步优选的所示方案是，在所述智能电表的电路板上缩短布线距离，增设小容量滤波电容器，在硬件设计中，对通信接口走线采取抗干扰设计，比如布线距离尽量缩短、加小容量滤波电容器等。在表计硬件电路设计过程中已充分考虑电磁兼容设计，采用了多重保护措施，如滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、接地技术等。

本发明进一步优选的实施方案还有，所述计量模块的型号为RN8209，RN8209计量模块工作电压说明如图4所示。

在计量模块内设有电源监测电路，电源监测电路用于连续对模拟电源进行监控，当电源电压低于4V±0.1V时，计量模块被复位，当电源电压高于4.3V±0.1V时，计量模块正常工作。

本发明进一步优选的实施方案还有，所述计量模块在外部电源电压低于4V±0.1V的情况下不工作，为了确保微控制器能够有效地管理计量模块，智能电能表正常工作时，微控制器的电源应高于4.2V±0.1V。

本发明进一步优选的实施方案还有，所述微控制器当外部电压高于4.6V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。

本发明可采用对微控制器MCU初始工作电源电路进行设计，针对这个工作电源参数，本发明在设计硬件电路时一般采用两种方法。一种是采用专用复位电路，如图5所示。

本发明进一步优选的实施方案还有，另一种是采用MCU内部低电压检测电路，见表2黑色框线内，所述微控制器外部电压高于4.24V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。

表2微控制器MCU电压监测阀值

通过上述硬件设计措施，确保快速停复电时MCU与计量芯片工作的电源同步。

本发明智能电表上电加载校正方法全面可靠的测试方法：

软件白盒测试方法

对于此类与时间相关，黑盒测试无法验证的各种测试情况和功能，由开发人员根据软件详细设计方案，对程序中的每一个分支处理流程做白盒测试，并形成白盒测试记录。计量校准参数备份机制测试用例见表3。

表3计量校准参数备份机制测试

可靠性试验

a)提高性能试验标准

—120％Un过压试验

—58％Un低压试验

—4.4kV快变脉冲群试验

b)强化电压短时中断和暂降对仪表的影响试验

针对本案例电能表快速停复电(即电压短时中断)的现象，在国标GB/T17215.301—2007《多功能电能表特殊要求》5.4.2.2中有明确的试验要求，对应电压短时中断和暂降对仪电能表的影响条文如下：

仪表在电压短时中断和暂降时，不应使电能测量总和及各费率寄存器产生大于x(kWh)(或x(kvarh))的改变，测试输出装置不应产生大于x(kWh)(或x(kvarh))的(等效)信号。

x＝10^-6·m·Un·Imax…………(1)

式中：

m—测量单元数；

Un—参比电压，单位为伏(V)；

Imax—最大电流，单位为安(A)。

当电压恢复时，仪表计量特性不应降低，在试验时，仪表各费率寄存器的分辨力应满足公式(1)的要求。

注：若仪表有测量视在电能的功能，也适用此公式。

本发明从样机制作、小批生产和批量生产各个环节，都十分重视这个试验，对电压上升和下降采用5秒、30秒、60秒等多个时段的试验方式进行验证，以确保快速停复电流程的数据处理准确无误。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能电表上电加载校正方法，其特征在于，所述校正方法包括如下步骤：

S1、对上电加载校表参数处理流程，当智能电表内计量模块发生各备份计量参数均有错误情况时，启用智能电表内存只读储模器内的区域默认参数，将表计的计量准确度控制在设计允许的范围内；

S2、对校表参数采用多重备份、冗余纠错，采用随机存取存储器、电可擦可编程只读存储器多重备份方式，确保校表参数的正确性；

S3、校准计量参数的正确性，在智能电能表计量模块内配置参数，在智能电能表出厂前，通过电能表校验装置校准并固化在电可擦可编程只读存储器中，出厂后，计量校准数据权限最高，禁止非法篡改，以确保数据的正确性；

S4、采用可靠的数据校验方式，CRC16校验方式，其数据校验公式为X16+X12+X5+1；

S5、对智能电能表运行参数全程监控管理，全部校表参数和计量参数数据，定时采用CRC校验比对和计量模块系统状态检测，当发现有错误数据时，及时用正确的数据纠正，以减少连续干扰导致各计量参数备份均发生改变的可能性，确保计量模块运行的正确性。

2.如权利要求1所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，在所述智能电表内设置有微控制器，由微控制器读取计量模块中的参数，并与微控制器中的参数进行比对，如有差异，则说明数据传输过程中出现错误，需要重新发送，同时考虑到读取数据时有受到干扰的可能，在判断到数据有差异后，不会马上重新发送数据，而是进行多次判断，以避免重复的发送操作，提高数据传输的正确性。

3.如权利要求2所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，在所述智能电表的电路板上缩短布线距离，增设小容量滤波电容器。

4.如权利要求3所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，所述计量模块的型号为RN8209，在计量模块内设有电源监测电路，电源监测电路用于连续对模拟电源进行监控，当电源电压低于4V±0.1V时，计量模块被复位，当电源电压高于4.3V±0.1V时，计量模块正常工作。

5.如权利要求4所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，所述计量模块在外部电源电压低于4V±0.1V的情况下不工作，为了确保微控制器能够有效地管理计量模块，智能电能表正常工作时，微控制器的电源应高于4.2V±0.1V。

6.如权利要求5所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，所述微控制器当外部电压高于4.6V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。

7.如权利要求5所述的智能电表上电加载校正方法，其特征在于，所述微控制器外部电压高于4.24V时，微控制器开始工作，释放RST电平，计量模块开始工作。