CN110763890B - 一种计量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计量装置，包括计量芯片、处理器、阻容滤波器和处理器供电模块；所述计量芯片包括用于采集采样数据的采样接口和计量芯片SPI接口，用于通过计量芯片SPI接口将采样数据传输给处理器；所述处理器包括处理器SPI接口和电源接口，用于通过处理器SPI接口接收计量芯片传输的数据；所述阻容滤波器用于将计量芯片和处理器之间传输的数据进行滤波处理；所述处理器供电模块连接所述处理器的电源接口。该装置通过阻容滤波器解决了计量装置在强电磁干扰环境下通过SPI通信线传输数据有误的问题，保证了计量芯片与处理器之间数据传输的正确性，提高了计量装置的可靠性。

Description

一种计量装置
技术领域
本发明属于计量采集处理技术领域，具体涉及一种计量装置。
背景技术
为了实现对采样数据的采集处理，涌现了多种计量装置。例如，授权公告号为CN203658459U的中国实用新型专利提供了一种基于SWF2L23A型芯片的计量电路，该计量电路中各个采样电路将各自的采样数据输入给计量芯片SWF2L23A，计量芯片SWF2L23A通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)通信电路连接计量设备的主控单元的相应SPI接口。该计量电路对采样数据进行RC滤波处理，能够提高该电路的抗干扰能力。但是，将该装置应用于一些强电磁环境下时，计量芯片与处理器之间传输的数据常常因为受到强磁干扰而出现传输错误的现象。例如，将该装置应用于智能配变终端这样的强电磁环境下时，容易出现传输数据错误的异常现象，包括：在某相源端无交流值输入的情况下，智能配变终端偶尔会闪现无规律的数值，或者A相电流源端有交流值输入时，智能配变终端却显示为输入值的固定倍数值。这种异常现象将会影响整个配网系统的安全性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计量装置，用以解决由于计量芯片与处理器之间的数据传输易受强磁干扰而传输错误的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种计量装置，包括计量芯片、处理器、阻容滤波器和处理器供电模块；所述计量芯片包括采样接口和计量芯片SPI接口，用于通过计量芯片SPI接口将采样数据传输给处理器；所述处理器包括处理器SPI接口和电源接口，用于通过处理器SPI接口接收计量芯片传输的数据；所述阻容滤波器用于将计量芯片和处理器之间传输的数据进行滤波处理；所述处理器供电模块连接所述处理器的电源接口。
其有益效果：本发明在计量芯片SPI接口和处理器SPI接口之间的SPI通信线上串设有阻容滤波器，通过该阻容滤波器解决了计量装置在强电磁干扰环境下通过SPI通信线传输数据有误的问题，保证了计量芯片与处理器之间数据传输的正确性，提高了计量装置的可靠性。
进一步的，为了进一步提高SPI通信线传输数据的正确性，所述阻容滤波器设置在计量芯片SPI接口与处理器SPI接口之间的SPI通信线路上、计量芯片SPI接口处、处理器SPI接口处或者集成设置在计量芯片内部。
进一步的，为了保证SPI通信线传输数据的正确性，所述SPI通信线包括串行时钟线、主机输入从机输出线、主机输出从机输入线和从机选择线，其中至少一条线路上串设有所述阻容滤波器。
进一步的，为了提高处理器供电的稳定性，所述处理器供电模块包括AC/DC变换器和共模滤波器；所述AC/DC变换器的交流端用于连接交流电源，所述AC/DC变换器的直流端连接所述处理器的电源接口；所述共模滤波器串设在AC/DC变换器的交流端与交流电源之间的线路上。
进一步的，为了防止计量芯片的配置被恶意篡改以提高SPI通信线传输数据的正确性，所述计量芯片还包括配置寄存器，所述配置寄存器为具有锁定功能的配置寄存器。
进一步的，为了确保处理器接收数据的完整性，所述计量芯片还用于计算待发送数据的CRC校验码，并将计算的CRC校验码存放于计量芯片对应的寄存器中；所述处理器还用于从计量芯片的存储有待发送数据的寄存器中读取待发送数据并重新计算CRC校验码，从计量芯片的对应的寄存器中读取计量芯片计算的CRC校验码，比较重新计算的CRC校验码与计量芯片计算的CRC校验码，根据比较结果判断采样数据是否有效。
附图说明
图1是本发明的计量装置的结构图；
图2是本发明的含有阻容滤波器的SPI通信的结构图；
图3是本发明的阻容滤波器的电路图；
图4是本发明的处理器供电模块的结构图；
图5是本发明的共模滤波器的电路图；
图6是本发明的CRC校验的流程图；
图7是本发明的计量芯片配置寄存器锁定的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
计量装置实施例：
该实施例提供了一种计量装置，其结构如图1所示，该装置包括计量芯片、处理器和处理器供电模块。该实施例中，将该装置应用于智能配变终端中来。
计量芯片包括采样接口和计量芯片SPI接口。采样接口包括电压采样接口和电流采样接口，分别对应接入电压互感器采集的数据和电流互感器采集的数据。计量芯片SPI接口包括串行时钟接口SCK、主机输出从机输入接口MOSI、主机输入从机输出接口MISO和从机选择接口SS，通过计量芯片SPI接口将采集的电压、电流数据传输给处理器。
处理器包括处理器SPI接口和电源接口。处理器SPI接口包括串行时钟接口SCK、主机输出从机输入接口MOSI、主机输入从机输出接口MISO和从机选择接口SS，这些接口分别通过对应的串行时钟线、主机输入从机输出线、主机输出从机输入线和从机选择线(这四条线为SPI通信线)与计量芯片SPI接口对应相连，以使处理器通过处理器SPI接口接收计量芯片传输的数据。电源接口连接处理器供电模块，以从处理器供电模块取电。处理器供电模块包括一个AC/DC变换器，AC/DC变换器的交流端用于连接交流电源，AC/DC变换器的直流端连接处理器的电源接口。AC/DC变换器可将交流电转换为12V直流电给处理器供电。
平时一般的情况下，处理器要获取计量芯片的数据，从计量芯片的寄存器中直接读取数据即可，这个获取数据的过程是通过相应的SPI接口来实现。
为了有效抑制SPI板间通信的电磁干扰，在SPI通信线上设置低通滤波器。该低通滤波器选择由一个电阻和一个电容构成的阻容滤波器(即RC滤波器)，其结构形式如图3所示，则含有阻容滤波器的SPI通信的结构图如图2所示。在串行时钟线、主机输入从机输出线、主机输出从机输入线和从机选择线上均添加一个RC滤波器。当然，也可在其中某一条或者某两条线路上添加一个RC滤波器。对于电阻的电阻值和电容的电容值的选择，需根据SPI通信速率以及处理器的型号来选择。具体的，在该实施例中，具体的SPI通信速率为1Mbps，处理器选择型号为HiSD5115型的处理器，相应的电阻选择电阻值为30Ω的电阻，电容选择电容值为30pF的电容。
另外，为了抑制电源线上的共模干扰，在AC/DC变换器的交流端与交流电源之间的线路上设置共模滤波器，其结构如图4所示。在三相电源线上分别接入共模滤波器，分别对应接入电源线的相线和中线。一般情况下，共模滤波器采用两个共模电感线圈(两个共模电感线圈为一个共模扼流圈)，这两个线圈的匝数和绕向相同。共模干扰在经过两个线圈时，呈现高阻抗，会以热能的形式耗掉，为了能够对共模干扰信号有更好的抑制效果，采用将共模电感线圈和电容配合使用的共模滤波器。
该实施例中的共模滤波器的具体结构如图5所示，该共模滤波器包括三个串联设置的共模滤波单元，每个共模滤波单元由共模电感线圈和电容构成。对于第一个共模滤波单元，包括电容C1、电容C2、共模电感线圈L1和共模电感线圈L2，电容C1的两端为该共模滤波单元输入端，用于连接电源输入端，依次串联设置的共模电感线圈L1、电容C2和共模电感线圈L2构成的串联支路连接在电容C1的两端，且电容C2的两端为该共模滤波单元的输出端。对于第二个共模滤波单元和第三个共模滤波单元的结构形式与第一个共模滤波单元相同，只是其中部分电容的电容值选择有所不同，这里不再赘述。
该实施例中，图5中从左至右的共模扼流圈均选用外径为40mm、内径为30mm、高为15mm的铁氧体磁环绕制，线圈采用两根铜导线，分别绕铁氧体磁环30、25、20圈来形成。电容C1、电容C3、电容C4和电容C6选用电容值为1.5μF的电容，电容C2、电容C5选用电容值为0.2μF的电容。
为了检查处理器接收数据的完整性，处理器需要比对从计量芯片读取的计量芯片计算的CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验码和处理器自己重新计算的CRC校验码，以判断计量芯片中的数据是否有效，即是否完整。具体过程如图6所示，计量芯片需要计算其主机输出从机输入接口MOSI送出的数据的16位循环冗余校验值(即CRC校验码)，再将其存储在CRC_SPI寄存器中，故处理器可通过读取计量芯片的CRC_SPI寄存器来获取计量芯片计算的CRC校验码。为此，在处理器中设计接口函数，首先读取计量芯片采集的存储于各个相应寄存器中的数据，利用CRC-16CCITT算法重新计算得出数据的CRC校验码，接着从计量芯片的CRC_SPI寄存器中读取计量芯片计算的CRC校验码，将两者进行比较，若两者一致，则说明数据有效，返回有效值0，否则，返回无效值-1。
另外，计量芯片的配置寄存器专门添加了配置锁定特性，使配置寄存器为具有配置锁定功能的配置寄存器，用于防止恶意更改计量芯片配置。要使能此特性，需向计量芯片地址为0x4BF的WR_LOCK寄存器写入值0x3C64，并返回有效值0，要禁用此特性，需写入值0x4AD1。使能配置锁定特性后，智能配变终端若一直处于运行状态，配置锁定特性将保持使能状态，但智能配变终端掉电重启后，配置锁定特性将自动恢复禁用状态，为了在初始化计量芯片后自动使能配置锁定特性，如图7所示，在处理器中设计另一接口函数，首先添加解除配置锁定命令，以便处理器在控制计量芯片初始化时可以更新配置寄存器中的内容，在计量芯片初始化完成后，添加使能计量芯片配置锁定的命令，可使处理器在通过SPI通信线与计量芯片进行数据通信时免受到干扰。
在上述实施例中，将阻容滤波器设置在计量芯片SPI接口与处理器SPI接口之间的SPI通信线路上，作为其他实施方式，可将阻容滤波器设置在计量芯片SPI接口处、处理器SPI接口处或者集成设置在计量芯片内部。

Claims (4)

1.一种计量装置，其特征在于，包括计量芯片、处理器、阻容滤波器和处理器供电模块；
所述计量芯片包括采样接口和计量芯片SPI接口，用于通过计量芯片SPI接口将采样数据传输给处理器,所述计量芯片还包括配置寄存器，所述配置寄存器为具有锁定功能的配置寄存器；所述计量芯片能够在初始化后自动使能配置锁定特性，自动使能配置锁定特性的实现方式为：在计量芯片的处理器中设置一个接口函数，首先添加解除配置锁定命令，以便处理器在控制计量芯片初始化时能够更新配置寄存器中的内容，在计量芯片初始化完成后，添加使能计量芯片配置锁定的命令；
所述处理器包括处理器SPI接口和电源接口，用于通过处理器SPI接口接收计量芯片传输的数据；
所述阻容滤波器用于将计量芯片和处理器之间传输的数据进行滤波处理；
所述处理器供电模块连接所述处理器的电源接口；所述处理器供电模块包括AC/DC变换器和共模滤波器；所述AC/DC变换器的交流端用于连接交流电源，所述AC/DC变换器的直流端连接所述处理器的电源接口；所述共模滤波器串设在AC/DC变换器的交流端与交流电源之间的线路上；
所述共模滤波器包括三个串联设置且结构相同的共模滤波单元，每个共模滤波单元均包括两个电容和两个共模电感线圈，第一个电容的两端为该共模滤波单元的输入端，依次串联设置的第一个共模电感线圈、第二个电容和第二个共模电感线圈构成的串联支路连接在第一个电容的两端，且第二个电容的两端为该共模滤波单元的输出端。
2.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，所述阻容滤波器设置在计量芯片SPI接口与处理器SPI接口之间的SPI通信线路上、计量芯片SPI接口处、处理器SPI接口处或者集成设置在计量芯片内部。
3.根据权利要求2所述的计量装置，其特征在于，所述SPI通信线包括串行时钟线、主机输入从机输出线、主机输出从机输入线和从机选择线，其中至少一条线路上串设有所述阻容滤波器。
4.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，所述计量芯片还用于计算待发送数据的CRC校验码，并将计算的CRC校验码存放于计量芯片对应的寄存器中；所述处理器还用于从计量芯片的存储有待发送数据的寄存器中读取待发送数据并重新计算CRC校验码，从计量芯片的对应的寄存器中读取计量芯片计算的CRC校验码，比较重新计算的CRC校验码与计量芯片计算的CRC校验码，根据比较结果判断采样数据是否有效。
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