CN111722009B - 一种模组化电能表及该电能表的数据互换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模组化电能表，其特征在于：包括计量芯基表，用于采样电能计量数据和时钟数据；管理芯模组，与计量芯基表可拆卸连接，用于接收计量芯基表的数据。还公开了一种上述模组化电能表的数据互换方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过计量芯基表以及与计量芯基表可拆卸连接的管理芯模组组成模组化电能表，方便管理芯模组的更换；另外，通过数据互换方法中实现管理芯模组的智能识别，并根据建立配对关系则进行数据传输从而保证了管理芯模组和计量芯基表之间数据交互的安全性和可靠性；且在管理芯模组插上或拔出时，计量芯基表相应的做出事件记录，能有效保证计量数据的准确性。

Description

一种模组化电能表及该电能表的数据互换方法

技术领域

本发明涉及电能表领域，特别涉及一种模块化电能表及该电能表的数据互换方法。

背景技术

电能表作为电网的智能终端，除具备基础的计量功能外，还具有阶梯电价、分时费率、用电控制、通信交互等诸多功能。目前行业内电能表方案普遍采用计量和管理功能以及结构一体化设计，这样电能表计量功能就容易受其它部分软硬件功能设计的影响，而其它功能损坏或失效容易累及电能表的计量部分。因此，电能表一旦出现故障，只能进行整表更换，以保障用电计量工作的顺利进行。这势必增加电能表的维护成本，也造成了严重的资源浪费。

为了使计量功能和其他功能相互独立，电能表计量部分不受其他部分的影响，有申请号为CN201610903435.6(授权公告号为CN106569028B)的中国发明专利公开了一种双芯智能电能表的电量同步处理方法及系统，该双芯智能电能表包括管理芯和计量芯，计量芯负责电能计量，管理芯通过读取计量芯的计量电量转换成计量电能并通过网络上传到电费管理服务器，供电网公司管理以及用户用电查询。但管理芯作为该电能表内对外交互及统筹管理的核心，一旦管理芯出现故障时，则计量芯计量的电能不能及时上传至网络，从而影响供电网公司管理以及用户用电查询，为了能保障用电计量工作的顺利进行，则只能将电能表拆开后再更换管理芯，但同时更换管理芯时需要将所有的连接线路全部进行拆除，因此难以实现用电现场更换，只能将整表拆回更换；另外，更换后的管理芯根据计量芯秒电量数据继续累计，此时读取的电量无法区分是更换前电量还是更换后新产生的电量，从而使计量结算存在误差，准确性不高。因此需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种管理芯更换方便的模组化电能表。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述模组化电能表的数据互换方法，该数据交互方法安全、可靠且能保证计量的准确性。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种模组化电能表，其特征在于：包括

计量芯基表，用于采样电能计量数据和时钟数据；

管理芯模组，与计量芯基表可拆卸连接，用于接收计量芯基表的数据。

作为改进，所述管理芯模组还通讯连接用电信息管理系统，用于通过用电信息管理系统读取管理芯模组的数据信息及给模组化电能表发送命令。

进一步的，所述计量芯基表和管理芯模组通过接口实现计量芯基表与管理芯模组相通讯连接。

进一步的，所述模组化电能表内还设有上行通信模块，所述上行通信模块通过接口与管理芯模组相通讯连接。

进一步的，所述模组化电能表内还设有下行通信模块，所述下行通信模块通过接口与管理芯模组相通讯连接。

所述上行通信模块和下行通信模块均通过UART接口与管理芯模组相通讯连接。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、初始状态时计量芯基表中不存在识别码；

步骤2、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤3；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤2，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

步骤3、判断插上的管理芯模组中的数据是否清零，如是，则该管理芯模组将识别码同步至计量芯基表中，并使计量芯基表与管理芯模组建立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤8；

步骤4、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组拔出事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录，并转入步骤5；如否，则计量芯基表和管理芯模组继续通讯，并继续判断管理芯模组拔出事件的发生；

步骤5、计量芯基表中保存拔掉的管理芯模组的识别码，并转入步骤6；

步骤6、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤7；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤6，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

步骤7、判断插上的管理芯模组的识别码与计量芯基表中保存的识别码是否一致，如是，则该管理芯模组与计量芯基表通讯连接，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤3；

步骤8、管理芯模组将异常信息上报给用电信息管理系统；

步骤9、用电信息管理系统判断该管理芯模组是否为正常的更换，如是，则用电信息管理系统对该管理芯模组发送清零命令，并使清零后的管理芯模组与计量芯基表立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则派遣用电维护人员现场排查异常情况。

具体的，所述步骤1中检测电路包括光耦、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述光耦的第1端分别连接第三电阻和第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接第一电源，所述第四电阻的另一端对应为管理芯模组的插入接口，所述光耦的第2端接地，所述光耦的第4端连接第二电源，所述光耦的第3端分别连接第一电阻和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端对应为管理芯模组的插拔检测口，该管理芯模组的插拔检测口与计量芯基表的MCU相连接，所述第二电阻的另一端接地。

在本方案中，所述步骤2和步骤6中计量芯基表做管理芯模组插上事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组插上的时间、新管理芯模组识别码、管理芯模组插上时刻的正向有功电能、管理芯模组插上时刻的反向有功电能、管理芯模组插上时刻的第一象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第二象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第三象限无功电能和管理芯模组插上时刻的第四象限无功电能。

在本方案中，所述步骤4中计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组拔掉的时间、拔掉的管理芯模组识别码、管理芯模组拔掉时刻的正向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的反向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的第一象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第二象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第三象限无功电能和管理芯模组拔掉时刻的第四象限无功电能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过计量芯基表以及与计量芯基表可拆卸连接的管理芯模组组成模组化电能表，方便管理芯模组的更换；另外，通过数据互换方法中实现管理芯模组的智能识别，并根据建立配对关系则进行数据传输从而保证了管理芯模组和计量芯基表之间数据交互的安全性和可靠性；且在管理芯模组插上或拔出时，计量芯基表相应的做出事件记录，能有效保证计量数据的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中模组化电能表的系统结构框图；

图2为本发明实施例中检测电路的电路图；

图3为本发明实施例中模组化电能表的数据互换方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种模组化电能表包括：

计量芯基表，用于采样电能计量数据和时钟数据；其中，记录芯基表通过对用电线路的电压和电流进行采样，从而实现电能计量和存储；

管理芯模组，与计量芯基表可拆卸连接，用于接收计量芯基表的数据。其中，管理芯模组通过接口与计量芯基表相通讯连接，从而获取计量芯基表的电能计量数据和时钟数据，并通过管理芯模组进行电量结算存储、分时费率、电价计算、通信模组管理、显示管理和事件记录等功能；

为了使上述管理芯模组的数据上传到云端，管理芯模组还通讯连接用电信息管理系统，用于通过用电信息管理系统读取管理芯模组的数据信息及给模组化电能表发送命令。在本实施例中，管理芯模组通过通信通道与用电信息管理系统相通讯连接。

在本实施例中，计量芯基表上设有插座，管理芯模组上设有与插座相配合的插针，用于通过接口实现计量芯基表与管理芯模组相通讯。计量芯基表的插座上设有多个接口，管理芯模组的插针则对应为接口的管脚。

另外，为了实现计量芯基表和管理芯模组的相互通讯，该模组化电能表内还设有上行通信模块和下行通信模块，上行通信模块和下行通信模块均通过接口与管理芯模组相通讯连接。本实施例中，上行通信模块和下行通信模块均通过UART接口与管理芯模组相通讯连接。

其中，计量芯基表的接口上包括4路串口通信，即管理芯模组与上行和下行模组的2路UART接口(双向通信接口)，最大支持115200bps；计量芯基表与管理芯模组的1路UART接口，通信速率固定为115200bps；1路SPI通信(通信速率不低于1Mbps)；

当然，如图1所示，该计量芯基表和管理芯模组还分别连接有现有外接的模块，连接的模块为现有的电能表中常用的模块，例如：计量芯基表还连接有电源、时钟电池、时钟芯片和存储器等，管理芯模组还连接有显示模块、电池、功能模块和存储器等。

如图3所示，上述模组化电能表的数据互换方法，包括以下步骤：

步骤1、初始状态时计量芯基表中不存在识别码；

步骤2、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤3；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤2，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

其中，如图2所示，检测电路包括光耦E1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，光耦E1的第1端分别连接第三电阻R3和第四电阻R4的一端，第三电阻R3的另一端连接第一电源VCC，第四电阻R4的另一端对应为管理芯模组的插入接口P1，光耦E1的第2端接地，光耦E1的第4端连接第二电源VDD，光耦E1的第3端分别连接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端对应为管理芯模组的插拔检测口P0，该管理芯模组的插拔检测口P0与计量芯基表的MCU相连接，第二电阻R2的另一端接地；

上述检测电路的工作原理为：当管理芯模组的插入接口P1口插入管理芯模组时，P1口被第一电源VCC下拉为低电平，此时光耦E1不导通，则P0口为低电平；反之，当管理芯模组的插入接口P1口拔出管理芯模组时，则P1口被第一电源VCC上拉至高电平，此时光耦E1导通，则P0口为高电平；因此当计量芯基表的MCU检测到高电平突变至低电平的瞬间时，则判断出此时管理芯模组的插入接口P1口有插入管理芯模组事件的发生；反之，当计量芯基表的MCU检测到低电平突变至高电平的瞬间时，则判断出此时管理芯模组的插入接口P1口有拔出管理芯模组事件的发生；

步骤3、判断插上的管理芯模组中的数据是否清零，如是，则该管理芯模组将识别码同步至计量芯基表中，并使计量芯基表与管理芯模组建立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤8；

步骤4、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组拔出事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录，并转入步骤5；如否，则计量芯基表和管理芯模组继续通讯，并继续判断管理芯模组拔出事件的发生；

步骤5、计量芯基表中保存拔掉的管理芯模组的识别码，并转入步骤6；

其中，在该步骤中，计量芯基表中只能保存一个管理芯模组的识别码，当初始化的计量芯基表第一次插入管理芯模组后并拔掉管理芯模组时，则该计量芯基表中保存该管理芯模组的识别码；当该计量芯基表第二次插入管理芯模组后并拔掉管理芯模组时，则该计量芯基表中将第二次拔掉的管理芯模组识别码替换第一次的管理芯模组识别码；相同的，当该计量芯基表再次插入管理芯模组后并拔掉管理芯模组时则将该次拔掉的管理芯模组识别码替换前一次的管理芯模组识别码；

步骤6、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤7；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤6，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

步骤7、判断插上的管理芯模组的识别码与计量芯基表中保存的识别码是否一致，如是，则该管理芯模组与计量芯基表通讯连接，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤3；

步骤8、管理芯模组将异常信息上报给用电信息管理系统；

步骤9、用电信息管理系统判断该管理芯模组是否为正常的更换，如是，则用电信息管理系统对该管理芯模组发送清零命令，并使清零后的管理芯模组与计量芯基表立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则派遣用电维护人员现场排查异常情况。

其中，管理芯模组是否为正常的更换的判断标准为：通过用电信息管理系统判断插入的管理芯模组是否为允许插入的管理芯模组，当管理芯模组为允许插入的管理芯模组，则该管理芯模组为合法的管理芯模组，此时则可以正常更换；当管理芯模组为不允许插入的管理芯模组，则该管理芯模组为不合法的管理芯模组，此时则不可以进行更换。

另外，上述步骤2和步骤6中计量芯基表做管理芯模组插上事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组插上的时间、新管理芯模组识别码、管理芯模组插上时刻的正向有功电能、管理芯模组插上时刻的反向有功电能、管理芯模组插上时刻的第一象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第二象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第三象限无功电能和管理芯模组插上时刻的第四象限无功电能；步骤4中计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组拔掉的时间、拔掉的管理芯模组识别码、管理芯模组拔掉时刻的正向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的反向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的第一象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第二象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第三象限无功电能和管理芯模组拔掉时刻的第四象限无功电能。

在电能表检定合格后，挂网前，通过用电信息管理系统对模组化电能表发出清零命令，清除计量芯基表和管理芯模组的历史用量数据、事件记录及冻结数据等，该模组化电能表即可进行正常的使用。

上述的模组化电能表通过管理芯模组与计量芯基表可拆卸连接，从而方便管理芯模组的更换，另外，该模组化电能表允许插拔管理芯模组以实现数据的互换，在管理芯模组和计量芯基表的识别码配对成功之前，两者之间也可进行通讯，但不可交换数据，只有当管理芯模组和计量芯基表的识别码配对成功之后，计量芯基表才能将管理芯模组的数据传输至管理芯模组中。

一方面，该模组化电能表能实现管理芯模组的智能识别且通过识别码建立起管理芯模组与计量芯基表之间的通讯配对即可进行数据互换，以实现安全、可靠的数据互换及管理，从而避免了现有的双芯智能电能表中管理芯的更换难题；另一方面，该计量芯基表在检测到有管理芯模组插上或拔出事件的发生时，则计量芯基表相应的进行管理芯模组插上或拔出事件的记录，记录中包括插上或拔出管理芯模组发生的时间及相应的电能计量数据，从而能有效提高用电计量数据的准确性，避免因管理芯模组更换而造成的电量结算错误。因此该模组化电能表的管理芯模组更换更加方便，且更换后管理芯模组与计量芯基表之间的数据交互安全、可靠，同时能保证计量的准确性。

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 (8)

1.一种模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述模组化电能表包括

计量芯基表，用于采样电能计量数据和时钟数据；

管理芯模组，与计量芯基表可拆卸连接，用于接收计量芯基表的数据；

所述管理芯模组还通讯连接用电信息管理系统，用于通过用电信息管理系统读取管理芯模组的数据信息及给模组化电能表发送命令；

所述模组化电能表的数据互换方法包括以下步骤：

步骤1、初始状态时计量芯基表中不存在识别码；

步骤2、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤3；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤2，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

步骤3、判断插上的管理芯模组中的数据是否清零，如是，则该管理芯模组将识别码同步至计量芯基表中，并使计量芯基表与管理芯模组建立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤8；

步骤4、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组拔出事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录，并转入步骤5；如否，则计量芯基表和管理芯模组继续通讯，并继续判断管理芯模组拔出事件的发生；

步骤5、计量芯基表中保存拔掉的管理芯模组的识别码，并转入步骤6；

步骤6、计量芯基表通过检测电路判断是否有管理芯模组插上事件的发生，如是，则计量芯基表做管理芯模组插上事件记录，并转入步骤7；如否，则计量芯基表正常计量，并继续执行步骤6，判断是否有管理芯模组插上事件的发生；

步骤7、判断插上的管理芯模组的识别码与计量芯基表中保存的识别码是否一致，如是，则该管理芯模组与计量芯基表通讯连接，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则转入步骤3；

步骤8、管理芯模组将异常信息上报给用电信息管理系统；

步骤9、用电信息管理系统判断该管理芯模组是否为正常的更换，如是，则用电信息管理系统对该管理芯模组发送清零命令，并使清零后的管理芯模组与计量芯基表立起配对关系，计量芯基表将计量数据发送给管理芯模组，并转至步骤4；如否，则派遣用电维护人员现场排查异常情况。

2.根据权利要求1所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述步骤1中检测电路包括光耦(E1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所述光耦(E1)的第1端分别连接第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接第一电源(VCC)，所述第四电阻(R4)的另一端对应为管理芯模组的插入接口(P1)，所述光耦(E1)的第2端接地，所述光耦(E1)的第4端连接第二电源(VDD)，所述光耦(E1)的第3端分别连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端对应为管理芯模组的插拔检测口(P0)，该管理芯模组的插拔检测口(P0)与计量芯基表的MCU相连接，所述第二电阻(R2)的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述步骤2和步骤6中计量芯基表做管理芯模组插上事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组插上的时间、新管理芯模组识别码、管理芯模组插上时刻的正向有功电能、管理芯模组插上时刻的反向有功电能、管理芯模组插上时刻的第一象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第二象限无功电能、管理芯模组插上时刻的第三象限无功电能和管理芯模组插上时刻的第四象限无功电能。

4.根据权利要求1所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述步骤4中计量芯基表做管理芯模组拔掉事件记录时至少包括以下数据：管理芯模组拔掉的时间、拔掉的管理芯模组识别码、管理芯模组拔掉时刻的正向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的反向有功电能、管理芯模组拔掉时刻的第一象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第二象限无功电能、管理芯模组拔掉时刻的第三象限无功电能和管理芯模组拔掉时刻的第四象限无功电能。

5.根据权利要求1所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述计量芯基表和管理芯模组通过接口实现计量芯基表与管理芯模组相通讯连接。

6.根据权利要求1所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述模组化电能表内还设有上行通信模块，所述上行通信模块通过接口与管理芯模组相通讯连接。

7.根据权利要求6所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述模组化电能表内还设有下行通信模块，所述下行通信模块通过接口与管理芯模组相通讯连接。

8.根据权利要求7所述的模组化电能表的数据互换方法，其特征在于：所述上行通信模块和下行通信模块均通过UART接口与管理芯模组相通讯连接。

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