CN112014788B - 基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，属于智能电网、智能用电技术领域，包括组装基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置，微处理器MCU、串口电路、网口电路、串行外设接口SPI电路、指示灯显示电路、供电电路，网口电路通信连接微处理器MCU与上位机服务器，串口电路和SPI电路均连接微处理器MCU与多个辨识模组接口，每个辨识模组接口连接一个辨识模组；负荷辨识模组检测装置与上位机之间网口通信，SPI电路发送采样数据的定时器，负荷辨识模组检测装置串口接收数据并转发。本发明利用微处理器MCU多串口，SPI接口特性，支持同时测试多个负荷辨识模组，使测试效率最大化。

Description

基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，属于智能电网、智能用电技术领域。

背景技术

非侵入负荷辨识模组是智能物联电能表（以下简称“电能表”）的一类拓展模组，使用时插在电能表上，通过分析电能表计量模组发送的实时负荷采样数据，辨识用户环境内部主要用电设备、用电类别及工作状态信息。非侵入负荷辨识模组与电能表之间的物理接口按照标准定义，其中串行外设接口SPI用于接收电能表发送的采样数据、串口用于与电能表之间初始化配置、校时、周期冻结数据的通信。

由于不同厂家生产的模组软硬件存在差异性，使用模组的客户急需一种统一的测试工具来保证产品功能、性能参数的一致性，比如电器辨识准确度。传统的手动测试是将模组加载运行在电能表上，运行某一种电器，然后通过电能表读取模组负荷辨识的结果来验证，但这种方法测试效率低，测试电器种类单一，测试时间长，不适用批量测试。而且随着此类智能电能表和辨识模组的大范围推广应用，辨识模块的需求数量也逐步增加，手动测试的缺陷越来越明显，模组的生产厂商也需要一种高效的测试方法来保证供货及时性及可靠性。

为解决上述问题，作为生产模块厂家和使用客户，均希望找到一种高效的测试装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，其具体技术方案如下：

基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，具体包括以下步骤，

步骤1：组装基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置：选取微处理器MCU、以及微处理器MCU周边输入输出IO电路，所述微处理器MCU周边输入输出IO电路包括串口电路、网口电路、SPI电路、指示灯显示电路、供电电路，所述网口电路通信连接微处理器MCU与上位机服务器，所述串口电路和SPI电路均连接微处理器MCU与多个辨识模组接口，每个辨识模组接口连接一个辨识模组，所述指示灯电路用于控制指示灯亮灭，所述供电电路为微处理器MCU和所有的辨识模组提供工作电源，所述串口电路设置有多个串口，串口电路的每个串口依次连接到对应的辨识模组的串口上，所述SPI电路设置有SPI_CLK接口、SPI_MOSI接口、SPI_MISO接口和多个SPI_NSS接口，每个SPI_NSS接口依次连接到对应的辨识模组的SPI_NSS接口上， SPI_CLK接口、SPI_MOSI接口、SPI_MISO接口均连接到所有的辨识模组的SPI_CLK接口、SPI_MISO接口、SPI_MOSI接口上；

步骤1：负荷辨识模组检测装置与上位机服务器之间网口通信，

步骤2：SPI电路发送采样数据的定时器，

步骤3：串口电路接收辨识模组的数据并转发至客户端，具体为，

步骤3.1：负荷辨识模组检测装置检查是否接收到辨识模组数据，如是，则执行步骤3.2，否则继续执行步骤3.1；如负荷辨识模组检测装置支持多个辨识模组，需要对多个辨识模组接收进行检查；

步骤3.2：判断接收到辨识模组数据的合法性，如是则执行步骤3.3，否则继续执行步骤3.4；

步骤3.3：判断客户端是否已建立连接，如是则向客户端发送接收到的辨识模组数据， 否则，执行步骤3.4；

步骤3.4：丢弃接收到的辨识模组数据，继续执行步骤3.1。

进一步的，所述步骤1具体为，

步骤1.1：负荷辨识模组检测装置加电，启动，启动时自动获取IP地址；

步骤1.2：负荷辨识模组检测装置运行服务端程序，上位机服务器运行客户端程序，服务端程序启动后，打开固定端口，监听客户端是否连接成功；如客户端连接成功，则执行步骤1.3，否则继续执行步骤1.2；

步骤1.3：负荷辨识模组检测装置一旦接收客户端发送的网络报文，便对网络报文解析，并判断网络报文类型是否为需要执行转发的串口报文，如是，则根据网络报文中携带的工位信息，提取出串口数据并通过串口电路发送到指定辨识模组接口，否则执行步骤1.4；

步骤1.4：判断接收到的网络报文类型是否为录波数据报文，如是，则将录波数据提取出并存放在缓存中，执行步骤1.5；否则执行步骤1.6；

步骤1.5：检查缓存当中存放的报文总数是否超过固定阈值，如是，则开启SPI电路发送标记位；否则执行步骤1.6；

步骤1.6：判断接收到的网络报文类型是否为控制指令报文，如是读取缓存剩余空间大小报文，则返回报文携带当前缓存剩余空间大小值；如是开启、结束测试报文，则控制检测装置通电、断电，并回复执行结果报文；否则执行步骤1.3；控制指令报文类型包括读取缓存剩余空间大小，开启、结束测试；上位机根据读取到的缓存剩余空间大小调整录波数据报文的发送频率，保证整个测试案例运行期间，一旦开启SPI电路发送，缓存中有不间断的录波数据发送；开启、结束测试报文用于负荷辨识模组检测装置控制辨识模组的通、断电。

进一步的，所述步骤2具体为，

步骤2.1：负荷辨识模组检测装置加电，启动；

步骤2.2：负荷辨识模组检测装置初始化定时器，电网频率为50赫兹，定时器频率设置为50赫兹，即SPI电路一次发送一个周波采样数据；定时器可根据每次发送SPI数据量修改；

步骤2.3：检查SPI电路发送标记位，如开启，则执行步骤2.4，否则继续执行步骤2.3；

步骤2.4：检查录波数据缓存中是否为空，如是，则去关闭SPI电路发送标记位，继续执行步骤2.3；否则，执行步骤2.5；

步骤2.5：将缓存中一条记录，即一个周波采样数据，设置为片选，通过SPI电路发送至辨识模组；清空此条记录，并继续执行步骤2.4。

本专利 “辨识模组”均指非侵入负荷辨识模组。

本发明的有益效果是：

本专利介绍的检测装置采用录波数据文件回放方式，是一种数字式检测装置，录波文件支持无限次使用，避免每次手动测试接电能表和电器，节约效能，支持通过上位机控制本装置，简化了测试流程，使测试效率大大高；测试不同厂家模组，采用同一录波文件测试，提供了统一的测试基准，能够高效发现不同厂家模组的差异性。

本专利介绍的检测装置利用微处理器MCU多串口电路，SPI接口特性，支持同时测试多个负荷辨识模组，使测试效率最大化。

附图说明

图1是本专利中基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置的结构图，

图2是本专利中基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置模组接口图，

图3.1是本专利检测方法中步骤1的流程图，

图3.2是本专利检测方法中步骤2的流程图，

图3.3是本专利检测方法中步骤3的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本专利步骤1中组建的基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置，为非侵入负荷辨识模组检测装置，如图1所示。上位机服务器与检测装置配套使用。上位机服务器为安装有测试软件的服务器，上位机服务器具备通过网口和检测装置通信的能力。上位机服务器提供人机界面，测试人员可通过鼠标、键盘操作测试软件，从而控制整个测试流程和查看测试结果；检测装置由专用的硬件电路组成，如图1所示包含微处理器MCU，以及微处理器MCU周边输入输出（IO）电路，微处理器MCU周边输入输出（IO）电路包括串口电路、网口电路、SPI电路、指示灯显示电路、供电电路等；这些电路集成在印制电路板PCB上，其中网口电路作为检测装置与上位机之间通信口；SPI电路、串口电路以及供电电路组成的辨识模组接口作为检测装置与被测模组之间接口；检测装置运行专用的嵌入式软件，实现对硬件资源的使用和协调工作。

微处理器MCU为主要控制核心器件，网口电路用于与上位机服务器之间通信，本检测装置的IP地址可以固定，也可以通过上位机服务器自动获取。串口电路和SPI电路接到辨识模组接口，附图1所示检测装置分别与4个独立的辨识模组相连，即检测装置应具备4组辨识模组接口， 4个独立的串口（串口电路有4个独立的串口）接到辨识模组接口；同时检测装置作为SPI主设备，4个辨识模组均作为SPI从设备，检测装置通过网口电路接收上位机服务器发送的录波数据，并将数据通过SPI电路接口转发至4个辨识模组。4组辨识模组接口可理解为4个独立的工位，四个工位（辨识模组接口）提供串口电路与辨识模组接口之间的电路匹配，测试时将辨识模组直接插入工位（辨识模组接口），4个工位（辨识模组接口）可同时测试4个辨识模组，也可针对某一个辨识模组单独测试。指示灯电路用于控制指示灯亮灭，方便人员观察测试情况；供电电路除提供MCU工作电源，还为辨识模组提供电源。

上位机服务器为配套运行设备，辨识模组为待测设备，上位机服务器可以提供人机界面，安装有测试软件，测试软件可以提供测试案例加载、测试流程控制、测试结果展示及测试调试日志等功能。测试案例可以回放不同的录波文件来检测辨识模组的辨识准确度。上位机服务器可设置IP地址，通过IP报文将录波文件中的数据，也即采样数据发送到本装置，本装置通过SPI电路接口将采样数据发送至模组，从而实现录波数据的回放。上位机通过运行不同案例模拟不同电器开启、关闭、运行等工况。

图2为本专利所述的检测装置模组接口示意图。微处理器MCU上的串口电路的串口1、串口2、串口3、串口4分别接到辨识模组接口，微处理器MCU上的SPI电路的总线上的SPI_CLK、SPI_MOSI、SPI_MISO均接到4个辨识模组接口，SPI_NSS1、SPI_NSS2、SPI_NSS3、SPI_NSS4作为4个工位的片选信号，分别接到4个辨识模组接口，测量时可根据上位机服务器的设置，操作不同工位片选。

图3.1-3.3为本专利所述的检测装置运行流程图。本装置运行嵌入式软件环境，支持运行多任务，其中图3.1为本装置与上位机之间网口通信的流程图；图3.2为本装置SPI电路发送采样数据的定时器的流程图；图3.3为本装置串口电路接收数据转发的流程图；以下依次作详细介绍：

图3.1为本专利与上位机之间网口通信任务运行流程；执行步骤如下：

步骤1.1：本装置加电，启动，启动时自动获取IP地址；

步骤1.2：本装置运行作为服务端程序，上位机运行客户端程序，服务端程序启动后，打开固定端口，监听客户端连接；如客户端连接成功，则执行步骤1.3，否则继续执行步骤1.2；

步骤1.3：本装置一旦接收客户端发送的网络报文，解析，并判断报文类型是否为需要执行转发的串口报文，如是，则根据报文中携带的工位信息，提取出串口数据并通过串口电路发送到指定工位。否则执行步骤1.4；

步骤1.4：判断接收到的报文类型是否为录波数据报文，如是则将录波数据提取出并存放在缓存中，执行步骤1.5；否则执行步骤1.6；

步骤1.5：检查缓存当中存放的报文总数是否超过固定阈值，如是则开启SPI发送标记位；否则执行步骤1.6；

步骤1.6：判断接收到的报文类型是否为其他报文，其他报文类型包括读取缓存剩余空间大小，开启、结束测试等；上位机可根据读取到的缓存剩余空间大小调整录波数据报文的发送频率，保证整个测试案例运行期间，一旦开启SPI发送，缓存中能有不间断的录波数据可发送。开启、结束测试报文用于本装置控制模组的通断电；如是此类管理报文，则进行相应处理。否则执行步骤1.3；

图3.2本专利SPI电路发送采样数据的定时器任务运行流程；执行步骤如下：

步骤2.1：本装置加电，启动；

步骤2.2：本装置初始化硬件定时器，电网频率为50赫兹，定时器频率设置为50赫兹，即SPI电路一次发送一个周波采样数据；定时器可根据每次发送SPI电路数据量适当修改；

步骤2.3：检查SPI电路发送标记位，如是，则执行步骤2.4，否则继续执行步骤2.3；

步骤2.4：检查录波数据缓存中是否为空，如是则去使能SPI电路发送标记位，继续执行步骤2.3；否则，执行步骤2.5；

步骤2.5：将缓存中一条记录，即一个周波采样数据，设置片选，通过SPI电路发送至辨识模组；清空此条记录，并继续执行步骤2.4；

图3.3本专利串口电路接收数据转发任务运行流程；执行步骤如下：

步骤3.1：本装置加电，启动；

步骤3.2：本装置检查是否接收到串口数据，如支持多个工位，需要对多串口接收进行检查；如是则执行步骤3.3，否则继续执行步骤3.2；

步骤3.3：判断接收到串口电路数据的合法性，如是则执行步骤3.4，否则继续执行步骤3.5；

步骤3.4：判断客户端是否已建立连接，如是则向客户端发送接收到的串口数据，

否则，执行步骤3.5；

步骤3.5：丢弃接收到的串口数据，继续执行步骤3.2。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤，

步骤1：组装基于录波文件回放的负荷辨识模组检测装置：选取微处理器MCU、以及微处理器MCU周边输入输出IO电路，所述微处理器MCU周边输入输出IO电路包括串口电路、网口电路、SPI电路、指示灯显示电路、供电电路，所述网口电路通信连接微处理器MCU与上位机服务器，所述串口电路和SPI电路均连接微处理器MCU与多个辨识模组接口，每个辨识模组接口连接一个辨识模组，所述指示灯显示电路用于控制指示灯亮灭，所述供电电路为微处理器MCU和所有的辨识模组提供工作电源，所述串口电路设置有多个串口，串口电路的每个串口依次连接到对应的辨识模组的串口上，所述SPI电路设置有SPI_CLK接口、SPI_MOSI接口、SPI_MISO接口和多个SPI_NSS接口，每个SPI_NSS接口依次连接到对应的辨识模组的SPI_NSS接口上， SPI_CLK接口、SPI_MOSI接口、SPI_MISO接口均连接到所有的辨识模组的SPI_CLK接口、SPI_MISO接口、SPI_MOSI接口上；

步骤1.0：负荷辨识模组检测装置与上位机服务器之间网口通信，具体为：

步骤1.1：负荷辨识模组检测装置加电，启动，启动时自动获取IP地址；

步骤1.2：负荷辨识模组检测装置运行服务端程序，上位机服务器运行客户端程序，服务端程序启动后，打开固定端口，监听客户端是否连接成功；如客户端连接成功，则执行步骤1.3，否则继续执行步骤1.2；

步骤1.3：负荷辨识模组检测装置一旦接收客户端发送的网络报文，便对网络报文解析，并判断网络报文类型是否为需要执行转发的串口报文，如是，则根据网络报文中携带的工位信息，提取出串口数据并通过串口电路发送到指定辨识模组接口，否则执行步骤1.4；

步骤1.4：判断接收到的网络报文类型是否为录波数据报文，如是，则将录波数据提取出并存放在缓存中，执行步骤1.5；否则执行步骤1.6；

步骤1.5：检查缓存当中存放的报文总数是否超过固定阈值，如是，则开启SPI电路发送标记位；否则执行步骤1.6；

步骤1.6：判断接收到的网络报文类型是否为控制指令报文，如是读取缓存剩余空间大小报文，则返回报文携带当前缓存剩余空间大小值；如是开启、结束测试报文，则控制检测装置通电、断电，并回复执行结果报文；否则执行步骤1.3；控制指令报文类型包括读取缓存剩余空间大小，开启、结束测试；上位机根据读取到的缓存剩余空间大小调整录波数据报文的发送频率，保证整个测试案例运行期间，一旦开启SPI电路发送，缓存中有不间断的录波数据发送；开启、结束测试报文用于负荷辨识模组检测装置控制辨识模组的通、断电；

步骤2：SPI电路发送采样数据的定时器，

步骤3：串口电路接收辨识模组的数据并转发至客户端，具体为，

步骤3.1：负荷辨识模组检测装置检查是否接收到辨识模组数据，如是，则执行步骤3.2，否则继续执行步骤3.1；如负荷辨识模组检测装置支持多个辨识模组，需要对多个辨识模组接收进行检查；

步骤3.2：判断接收到辨识模组数据的合法性，如是则执行步骤3.3，否则继续执行步骤3.4；

步骤3.3：判断客户端是否已建立连接，如是则向客户端发送接收到的辨识模组数据，否则，执行步骤3.4；

步骤3.4：丢弃接收到的辨识模组数据，继续执行步骤3.1。

2.根据权利要求1所述的基于录波文件回放的负荷辨识模组检测方法，其特征在于：所述步骤2具体为，

步骤2.1：负荷辨识模组检测装置加电，启动；

步骤2.2：负荷辨识模组检测装置初始化定时器，电网频率为50赫兹，定时器频率设置为50赫兹，即SPI电路一次发送一个周波采样数据；定时器可根据每次发送SPI数据量修改；

步骤2.3：检查SPI电路发送标记位，如开启，则执行步骤2.4，否则继续执行步骤2.3；

步骤2.4：检查录波数据缓存中是否为空，如是，则去关闭SPI电路发送标记位，继续执行步骤2.3；否则，执行步骤2.5；

步骤2.5：将缓存中一条记录，即一个周波采样数据，设置为片选，通过SPI电路发送至辨识模组；清空此条记录，并继续执行步骤2.4。

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