CN112598895A - 一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统及方法，属于无线通信技术领域。本发明系统，包括：校表台体，所述校表台体获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令，并将控制命令发送至管理模块，接收所述待测电能表输出的应答帧后发送检表命令至管理模块，同时输出确认帧；管理模块，所述管理模块接收控制命令，并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表，接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式。本发明在带蓝牙功能的电能表实现蓝牙脉冲检定功能，同时解决蓝牙信道冲突这个核心问题，用以满足多表位同时的检表。

Description

一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，并且更具体地，涉及一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统及方法。

背景技术

目前智能电能表在台体或自动线上检表时，采用常用的通信方式为RS485、脉冲输出方式为辅助端子，而在下一代多芯模组化智能电能表设计中，取了消辅助端子，使用蓝牙替代RS485通信，LED光脉冲替代辅助端子脉冲，在此背景下，如果台体或自动线全部将脉冲接收装置改为光信号接收头，存在改造成本高、周期长、光信号对孔难得问题。

蓝牙工作在2.4G-2.48G频段范围内，以2M为一个步进，将整个工作频段划分为40个信道，通过软件协议栈的信道跳频机制来实现多蓝牙工作场景下的通信防冲突，蓝牙跳频机制中带有动态延时同步功能，其物理层数据帧之间最大延时可能达到10ms，且不是固定的，通过标准蓝牙发送脉冲数据来实现精度检定是不能满足电能表检定要求。

基于以上原因，电能表用标准的蓝牙协议栈实现脉冲检定在技术不可行，可以直接使用蓝牙模块的无线射频来传输私有协议数据，待测电能表作为数据发送端，校表台体作为数据接收端，设定两者的蓝牙模块的无线射频固定工作在某个信道上，再通过无线射频来进行数据交互，以此满足传输低延时的要求，但是由于使用无线射频传输私有协议时，无线是定频的，当多个数据发送端使用同一个信道发送数据时会存在信道冲突的问题，影响到数据接收端数据的准确性和完整性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统，包括：

校表台体，所述校表台体获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令，并将控制命令发送至管理模块，接收所述待测电能表输出的应答帧后发送检表命令至管理模块，同时输出确认帧；

管理模块，所述管理模块接收控制命令，并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表，接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收校表台体输出的确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

可选的，校表台体包括，台体脉冲接收装置，所述台体脉冲接收装置配置有多个蓝牙模块，用于接收/输出脉冲信号。

可选的，待测电能表蓝牙和台体脉冲接收装置蓝牙切换至私有无线工作模式后，无线处于接收状态，在发送脉冲信号或接收确认帧前，切换无线到发送状态再发送，发送完成后，再将无线切换回接收状态。

可选的，待测电能表根据预设的发射功率工作，控制数据传输范围。

可选的，校表台体与待测电能表预设的信道进行脉冲检定，且同时进行数据帧交互。

可选的，蓝牙模块使用通信地址过滤待测电能表外的电能表使用相同信道发过来的脉冲信号。

可选的，台体脉冲接收装置蓝牙接收待测电能表返回的脉冲信号，并将脉冲信号传输至管理模块，所述管理模块对返回的脉冲信号进行解析，并还原脉冲数据，所述解析返回的脉冲信号，获取通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。

可选的，脉冲信号，包括：通信地址、多路信道信息、信道切换延时和发射功率。

本发明还提出了一种用于防止检定电能表时多信道冲突的方法，包括：

获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令；

并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表；

接收所述待测电能表输出的应答帧后输出检表命令，同时输出确认帧；

接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

本发明在带蓝牙功能的电能表实现蓝牙脉冲检定功能，同时解决蓝牙信道冲突这个核心问题，用以满足多表位同时的检表。

附图说明

图1为本发明一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统结构图；

图2为本发明一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统多信道传输脉冲的还原方法原理图；

图3为本发明一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统电能表同时进行通信的方法原理图；

图4为本发明一种用于防止检定电能表时多信道冲突的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统，如图1所示，包括：

校表台体，所述校表台体获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令，并将控制命令发送至管理模块，接收所述待测电能表输出的应答帧后发送检表命令至管理模块，同时输出确认帧；

管理模块，所述管理模块接收控制命令，并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表，接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收校表台体输出的确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

其中，校表台体包括，台体脉冲接收装置，所述台体脉冲接收装置配置有多个蓝牙模块，用于接收/输出脉冲信号。

待测电能表蓝牙和台体脉冲接收装置蓝牙切换至私有无线工作模式后，无线处于接收状态，在发送脉冲信号或接收确认帧前，切换无线到发送状态再发送，发送完成后，再将无线切换回接收状态。

待测电能表根据预设的发射功率工作，控制数据传输范围。

校表台体与待测电能表预设的信道进行脉冲检定，且同时进行数据帧交互。

蓝牙模块使用通信地址过滤待测电能表外的电能表使用相同信道发过来的脉冲信号。

台体脉冲接收装置蓝牙接收待测电能表返回的脉冲信号，并将脉冲信号传输至管理模块，所述管理模块对返回的脉冲信号进行解析，并还原脉冲数据，所述解析返回的脉冲信号，获取通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。

脉冲信号，包括：通信地址、多路信道信息、信道切换延时和发射功率。

本发明通过指定多个信道频率切换发送的方式，在物理层上直接发送数据，实现低延时脉冲传递、对蓝牙工作信道数量进行扩展，以满足多个表位的共同检定要求，同时通过控制蓝牙发射功率和实施蓝牙私有协议和标准协议交叉复用，本发明较好地解决了智能电能表辅助端子取消后，多表位同时使用标准蓝牙技术检表面临的高延时、精度跳变、信道冲突等问题。

本发明中校表台体获取待检测电能表的通信地址，并通过命令发送给脉冲接收装置上的管理模块，管理模块生成脉冲检定参数，参数包括多路信道信息、信道切换延时和发射功率，通过蓝牙模块发送给待检定电能表；

待检定电能表收到脉冲检定参数后返回应答帧，切换待检测电能表蓝牙进入私有无线工作模式；

校表台体收到应答帧后发送检表命令到管理模块，管理模块收到命令后分别使用脉冲检定参数中的信道切换脉冲接收装置上的蓝牙模块进入私有无线工作模式；

待检定电能表以预设的多路信道进行扩展；

待检定电能表分时使用相同的信道进行脉冲信号传输；

待检定电能表根据预设的发射功率工作，控制数据传输范围；

待检定电能表蓝牙和校表台体接收装置蓝牙切换至私有无线工作模式后，无线处于接收状态，在发送脉冲信号或接收确认帧前切换无线到发送状态再发送，发送完成后，再将无线切换回接收状态；

校表台体和带检定电能表在检定脉冲的同时还能进行通信；

待检定电能表接收到脉冲信号后，通过脉冲检定参数中的多路信道切换传输脉冲信号，同时在信道切换延时时间内，等待脉冲接收装置返回确认，当接收到确认后停止切换传输；

校表台体脉冲接收装置使用多个蓝牙模块接收脉冲数据，这些蓝牙模块固定工作在不同的信道；

校表台体脉冲接收装置上蓝牙模块使用通信地址过滤其他待检定电能表使用相同信道发过来的脉冲信号；

脉冲接收装置接收到多路信道中的任意一路信号后回复电能表确认帧，再把脉冲信号全部输出到接收装置的管理模块，由管理模块统一采集和解析，并还原脉冲；

若校表台体预设的时间内接收到待检定电能表的蓝牙脉冲信号，确定待检定电能表无故障；

若校表台体预设的时间内没有接收到待检定电能表的蓝牙脉冲信号，确定待检定电能表故障、校表台体故障和连接故障邓故障中的一种或者多种。

当校表台体接收到蓝牙脉冲信号后，对蓝牙脉冲信号进行解析，生成解析信息；

所述解析信息包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。

通信信息使用校表台体的RS485接口进行传输。

校表台体(多表位台体或自动化线)脉冲接收装置管理模块根据通信地址等信息生成多路信道信息、信道切换延时和发射功率等参数，通过蓝牙发送到待检定电能表，待检定电能表接收到参数后回复确认帧，切换电表蓝牙至私有无线模式；校表台体收到确认帧后通过管理模块控制接收装置上的蓝牙模块切换至私有模式，私有模式使用固定的信道，这些分别与管理模块生成的参数中的多路信道对应，蓝牙模块1使用信道1，蓝牙模块2，蓝牙模块N使用信道N。

待检测电能表蓝牙模块配置相应的脉冲输入GPIO口为中断边沿触发模式，中断的方式较轮询的方式，实时性更高，传递的延时误差(小于1μs)很小。当有脉冲信号输入时，电表蓝牙模块通过GPIO口检测脉冲的上升沿和下降沿，然后生成脉冲信号，切换射频进入发送状态，加载脉冲信号到蓝牙PHY射频上，使用预设的多路信道中的信道1进行发送，发送完成后切换射频进入接收状态，同时开始计时，计时时间为预设的信道切换延时，如果在计时时间内收到脉冲接收装置返回的确认帧表示脉冲信号发送成功，此时不用再进行后续的信道切换发送，停止计时，信道切换回信道1等待下一个脉冲输入；如果在计时时间内没有接收到确认帧，计时结束后切换信道至多路信道中的信道2进行发送并计时等待返回确认帧，直至把多路信道中的所有信道都按照相同流程发送一遍。

校表台体脉冲接收装置同时监听多路信道信号，当任意一个蓝牙模块收到脉冲信号后，根据不同的脉冲类型，在对应的管脚上输出电平到管理模块，由管理模块统一采集和解析。

本发明解决了蓝牙脉冲传输防冲突的问题：

待检定电能表除标准的2.4G-2.48G频段范围内的40个信道外，还额外对蓝牙模块扩展多个非标信道，主要集中在2.36G-2.4G、2.48G-2.5G之间，非标的信道最小可以用1M做步进，这些非标信道和标准信道将用来统一分配给不同的表位和不同的台体，确保小空间范围内信道不冲突。

在验表状态控制时候，将待检定电能表的蓝牙模块发射功率控制在最小状态，确保有效的通信距离不超过1米，以防止多个台体或在电能表的检定自动线上出现信道冲突。

校表台体的脉冲接收装置可以同时监听多个信道的信号，即使其中某个或者多个信道上的信号发生了冲突导致接收失败，但只要成功接收到一个信道的信号也能正确的解析还原脉冲，同时台体脉冲接收装置在接收到任意一个信道的信号后会返回确认帧，待测电能表接收到确认帧后不会再使用剩余的信道进行信号传输，进一步减小了信道冲突的概率。

通过合理分配多信道传输和控制发射功率，基本上能确保脉冲传输信道不会冲突。

本发明中涉及多信道传输脉冲的还原方法，如图2所示，包括：

待检定电能表蓝牙模块检测到脉冲信号后，在多路信道之间以信道切换延时为间隔进行切换传输，所有信道都发送一遍的总时间T＝(信道总数N–1)x(信道切换延时T1)，脉冲接收装置的蓝牙模块接收到脉冲信号后，都会输出到管理模块，由管理模块统一采集解析再通过接口模块还原到台体，蓝牙模块与管理模块之间是采用直连的方式，这之间的信号传输延时可以忽略不计，管理模块采集脉冲信号后不立即输出，而是延时时间T2后再还原输出，这样就能保证接收装置把所有的发送信道上的信号都接收一遍，且每个脉冲信号的还原延时时间都为一样，这样还原输出来的脉冲脉宽就不变了，但是待检定电能表传输脉冲信号的多路信道中一个或多个可能会存在与其他设备同时刻使用相同信道造成冲突的情况，就会出现接收装置上的蓝牙模块不能成功接收对应信道上的信号的问题，此时管理模块为了保证还原延时固定不变，就需要动态调整延时计时时间T2，以信道总数N＝5，信道切换延时T1为2ms为例，T＝(5-1)x 2＝8ms，如果管理模块首先采集到蓝牙模块1的信号，则T2等于8ms；如果管理模块首先采集到蓝牙模块2的信号，则表示蓝牙模块1接收失败，此时已经过去一个信道切换延时，则T2等于8-2x1＝6ms；如果管理模块首先采集到蓝牙模块3的信号，则表示蓝牙模块1和2都接收失败，此时已经过去两个信号切换延时，则T2＝8-2x2＝4ms；依次类推，如果管理模块首先采集到蓝牙模块5的信号，则表示前面4个蓝牙模块全部接收失败，此时已经过去四个信号切换延时，则T2＝8-2x4＝0ms。

蓝牙检定需要绕开蓝牙标准协议栈工作，以实现低延时脉冲传递，但在台体或自动线的检定过程中，除了计量脉冲和日计时外，有大量数据需要通过蓝牙进行通信，为满足脉冲检定和蓝牙通信的共存需求，防冲突机制在软件上实现私有协议和标准蓝牙协议的灵活交互复用。电能表在上电后默认关闭私有协议，开启标准蓝牙协议，台体通过蓝牙通信实现数据通信，在脉冲检定时，控制电能表进入私有协议状态，同时断开蓝牙标准连接，关闭跳频机制，当检定完后，台体通过私有协议或台体自动线重新上电来控制电能表恢复默认协议状态。

本发明还涉及电能表同时进行通信的方法，检定状态下的通信模式有2种：普通通信模式和脉冲跟随通信模式。普通通信模式即台体脉冲接收装置上和待测电能表上的蓝牙模块空闲时都处于接收状态，在此状态下可以接收来自对端的数据，当需要发送脉冲数据或命令数据时，蓝牙模块切换为发送状态，发送完成后立即切换回接收状态；脉冲跟随通信模式即在每个脉冲数据传输完成后开启一段窗口时间用于通信，如图3所示，具体的流程为：

进入脉冲检定模式后，待检定电能表蓝牙模块处于空闲状态，脉冲接收装置蓝牙模块处于接收状态；

当电能表蓝牙检测到脉冲输入后，切换蓝牙为发送状态，并开启脉冲传输窗口，窗口时间固定不变，在此窗口内只传输脉冲数据，在脉冲窗口传输结束后切换蓝牙为接收状态，并延时一个固定时间，准备进行通信数据的接收；

脉冲接收装置蓝牙收到脉冲信号时，即同步得到电能表蓝牙的脉冲传输窗口，在此窗口时间内接收还原脉冲数据，窗口时间结束后切换蓝牙为发送状态，并延时一个固定时间确保电能表蓝牙已经切换到接收状态，准备进行通信数据的发送；

达到延时时间后，脉冲转换器开启通信窗口，开始进行通信数据的传输，通信窗口的时间满足最长通信帧的传输需求，窗口时间结束后，脉冲转换器切换蓝牙为接收状态，准备接收下一个脉冲数据或通信回复帧；

电能表蓝牙同步脉冲转换器的通信窗口，在此窗口时间内接收通信数据并发送到电能表MCU，窗口时间结束后切换蓝牙为空闲状态，此时电能表蓝牙不再接收通信数据，也不再传输脉冲数据，直至检测到下一个脉冲输入或返回通信回复帧；

电能表蓝牙接收到电能表MCU返回的通信回复帧后，判断当前蓝牙是否处于空闲状态，如果处于空闲状态，切换蓝牙为发送状态，开始通信数据传输，传输完成后切换蓝牙为空闲状态；

假如电能表蓝牙在进行通信数据的传输时检测到脉冲输入，立即停止当前的操作并切换蓝牙为发送状态，开启脉冲传输窗口进行脉冲数据的传输。

本发明方法可用于多表位检定：

将蓝牙工作模式改为私有无线工作模式，无线定频：为实现统一的校表和检表流程，可通过新一代电能表扩充的标准698帧【F20B的方法129】发校表命令，将蓝牙工作模式改为私有无线工作模式，并同时固定无线频率，实现定频，来解决蓝牙自动跳频，频段占用干扰问题。

本发明还提出了一种用于防止检定电能表时多信道冲突的方法，如图4所示，包括：

获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令；

并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表；

接收所述待测电能表输出的应答帧后输出检表命令，同时输出确认帧；

接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

本发明在带蓝牙功能的电能表实现蓝牙脉冲检定功能，同时解决蓝牙信道冲突这个核心问题，用以满足多表位同时的检表。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于防止检定电能表时多信道冲突的系统，所述系统包括：

校表台体，所述校表台体获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令，并将控制命令发送至管理模块，接收所述待测电能表输出的应答帧后发送检表命令至管理模块，同时输出确认帧；

管理模块，所述管理模块接收控制命令，并根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表，接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收校表台体输出的确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的系统，所述校表台体包括，台体脉冲接收装置，所述台体脉冲接收装置配置有多个蓝牙模块，用于接收/输出脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的系统，所述待测电能表蓝牙和台体脉冲接收装置蓝牙切换至私有无线工作模式后，无线处于接收状态，在发送脉冲信号或接收确认帧前，切换无线到发送状态再发送，发送完成后，再将无线切换回接收状态。

4.根据权利要求1所述的系统，所述待测电能表根据预设的发射功率工作，控制数据传输范围。

5.根据权利要求1所述的系统，所述校表台体与待测电能表预设的信道进行脉冲检定，且同时进行数据帧交互。

6.根据权利要求2所述的系统，所述蓝牙模块使用通信地址过滤待测电能表外的电能表使用相同信道发过来的脉冲信号。

7.根据权利要求2所述的系统，所述台体脉冲接收装置蓝牙接收待测电能表返回的脉冲信号，并将脉冲信号传输至管理模块，所述管理模块对返回的脉冲信号进行解析，并还原脉冲数据，所述解析返回的脉冲信号，获取通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。

8.根据权利要去1所述的系统，所述脉冲信号，包括：通信地址、多路信道信息、信道切换延时和发射功率。

9.一种用于防止检定电能表时多信道冲突的方法，所述方法包括：

获取待测电能表的通信地址，并根据通信地址生成控制命令；

根据控制命令生成脉冲信号，所述脉冲信号发送至待测电能表；

接收所述待测电能表输出的应答帧后输出检表命令，同时输出确认帧；

接收检表命令，并根据脉冲检定参数控制待测电能表蓝牙私有无线工作模式；

所述待测电能表，接收脉冲信号后，使用多路通道切换传输脉冲信号，并同时输出应答帧，在多路信道切换延时时间内，接收确认帧，接收确认帧后停止多路信道切换传输脉冲信号。

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