CN112782640A - 一种智能电能表的检定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能电能表的检定方法，包括以下步骤：S10、主蓝牙模块和从蓝牙模块进行初始化对时。S20、检定开始后，主蓝牙模块和从蓝牙模块每间隔8‑12ms进行一次时间同步，直至检定过程结束。S30、检定开始后，待检电能表向从蓝牙模块发送脉冲信号，从蓝牙模块将接收到的脉冲信号的序号、以及接收到脉冲信号的时间信息发送给主蓝牙模块。S40、主蓝牙模块接收从蓝牙模块传送的信息，并对所述信息进行电能误差计算，再将计算结果发送给显示单元。S50、显示单元显示电能误差结果。还提供了一种使用上述检定方法的检定装置。本发明提供的智能电能表的检定方法及装置，解决了无线检定方法抗干扰能力差的弱点，减小了检定误差，提高了检定结果的准确性。

Description

一种智能电能表的检定方法及装置

技术领域

本发明涉及电能表检定技术领域，特别是涉及一种智能电能表的检定方法及装置。

背景技术

智能电能表是基于现代通信技术、计算机技术、测量技术，对电能信息数据开展采集、分析、管理的先进计量装置。智能电能表的基本原理为：依托A/D转换器或者计量芯片对用户电流、电压开展实时采集，经由CPU开展分析处理，实现正反向、峰谷或者四象限电能的计算，进一步将电量等内容经由通信、显示等方式予以输出。

通常我们把智能电能表计量一度电时A/D转换器所发出的脉冲个数称之为脉冲常数，对于智能电能表来说，这是一个比较重要的常数，因为A/D转换器在单位时间内所发出脉冲数个的多少将直接决定着该表计量的准确度。

目前，对智能电能表的检定通常采用有线连接的方式进行检定，此种检定的好处是误差小，抗干扰能力强。但随着科技的不断进步，新一代的智能电能表为多芯模组化智能电能表，此种智能电能表端将取消接触式辅助端子，因此无法继续使用有线连接的方式对电能表进行检定，而无线连接的方式虽然检定方便，但其抗干扰能力要比有线连接方式的弱，因此会造成检定误差偏大的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种智能电能表的检定方法及装置，以解决无线检定方法抗干扰能力差的弱点，减小检定误差，提高检定结果的准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种智能电能表的检定方法，包括以下步骤：

S10、主蓝牙模块和从蓝牙模块进行初始化对时；

S20、检定开始后，主蓝牙模块和从蓝牙模块每间隔10-100ms进行一次时间同步，直至检定过程结束；

S30、检定开始后，待检电能表向从蓝牙模块发送脉冲信号，从蓝牙模块将接收到的脉冲信号的序号、以及接收到脉冲信号的时间信息发送给主蓝牙模块；

S40、主蓝牙模块接收从蓝牙模块传送的信息，并对所述信息进行电能误差计算，再将计算结果发送给显示单元；

S50、显示单元显示电能误差结果。

对上述技术方案的进一步改进是：

所述主蓝牙模块和从蓝牙模块均为基于BLE协议的低功耗蓝牙模块。

步骤S10中所述初始化对时及步骤S20中所述时间同步，均基于主蓝牙模块和从蓝牙模块的物理层进行。

所述步骤S40中进行电能误差计算的具体方法如下：

主蓝牙模块将接收到的所述信息延时30-100ms后发送给误差计算单元，误差计算单元接收所述信息后对所述信息进行电能误差计算。

主蓝牙模块接收到所述信息后，开启第一定时器，第一定时器产生中断后将所述信息发送给误差计算模块；第一定时器的设置如下：

从蓝牙模块脉冲信号的时标：TpluseIn；

当前时标：Tpresent；

第一定时器的设置值：Tset；

固定延时：30-100ms；

Tset＝TpluseIn+(30-100ms)-Tpresent。

所述步骤S40中进行电能误差计算的具体方法如下：

标准电能表向主蓝牙模块发送脉冲数据，主蓝牙模块接收所述脉冲数据，主蓝牙模块将接收到的所述信息和脉冲数据在主蓝牙模块内部进行电能误差计算。

从蓝牙模块将所述信息数字化处理后发送给主蓝牙模块，主蓝牙模块同时接收标准表的脉冲数据，并将其数字化，当待检电能表的脉冲个数达到检定标准时，主蓝牙模块内部进行计算，并将电能误差计算结果通过有线或者无线方式发送给显示单元。

所述步骤S10的具体内容如下：主蓝牙模块的第二定时器设置每间隔8-12ms中断一次，第一次中断后，主蓝牙模块向从蓝牙模块发起初始化对时请求；

从蓝牙模块的第三定时器设置每间隔8-12ms中断一次，从蓝牙模块接收到主蓝牙模块的初始化对时请求后，将时标计时归0。

所述步骤S20的具体内容如下：主蓝牙模块每间隔10-100ms向从蓝牙模块发起一次对时请求，从蓝牙模块接收到对时请求后，通过修改设置的第三定时器的中断值对对时偏差进行修正。

本发明还提供了一种智能电能表检定装置，所述智能电能表检定装置使用上述的检定方法进行检定，包括主蓝牙模块、从蓝牙模块和显示单元；

所述主蓝牙模块包括基于BLE协议的第一芯片、第一定时器和第二定时器；

所述从蓝牙模块包括基于BLE协议的第二芯片和第三定时器。

根据本发明的技术方案可知，本发明的智能电能表的检定方法和装置，通过主蓝牙模块和从蓝牙模块每间隔一段时间进行时间同步，从蓝牙模块接收待检电能表的脉冲信号，并将信号进行转换后发送给主蓝牙模块，由主蓝牙模块进一步对从蓝牙模块发送的信息进行处理，以便对电能表进行检定。此种方式，误差小，几乎可以忽略不计，即使传输过程中出现丢包，也可以通过通讯告知误差计算模块，且在一秒钟内主蓝牙模块和从蓝牙模块有多达数十次的对时，其中仅需有一次对时成功，就可以确保双方时标一致，以此为起点反推加补偿计算得到的电能误差对误差计算的影响较小。

附图说明

图1为本发明实施例1智能电能表的检定方法流程示意图。

图2为本发明实施例2智能电能表的检定方法流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1和图2所示，为本发明智能电能表的检定方法流程示意图。

实施例1：本实施例的智能电能表的检定方法，包括以下步骤：

S10、基于BLE协议的低功耗主蓝牙模块和从蓝牙模块基于物理层(PHY)进行初始化对时；

主蓝牙模块的第二定时器设置每间隔8-12ms中断一次，第一次中断后，主蓝牙模块向从蓝牙模块发起初始化对时请求；本实施例中间隔时间为10ms；

从蓝牙模块的第三定时器设置每间隔8-12ms中断一次，从蓝牙模块接收到主蓝牙模块的初始化对时请求后，将时标计时归0；本实施例中间隔时间为10ms。

S20、检定开始后，主蓝牙模块和从蓝牙模块每间隔8-12ms基于物理层(PHY)进行一次时间同步，直至检定过程结束；

主蓝牙模块每间隔8-12ms向从蓝牙模块发起一次对时请求，从蓝牙模块接收到对时请求后，通过修改设置的第三定时器的中断值对对时偏差进行修正。

S30、检定开始后，待检电能表向从蓝牙模块发送脉冲信号，从蓝牙模块将接收到的脉冲信号的序号、以及接收到脉冲信号的时间等信息发送给主蓝牙模块；

从蓝牙模块从接收到待检智能电能表发送的脉冲并产生中断，在中断处理函数里面记录下来当前的时标，然后通过蓝牙通讯发送给主蓝牙模块。

时标4BYTE时间范围65535*10ms＝655.35s，循环使用脉冲计数2BYTE(范围65535循环使用)。有了时标和脉冲计数标，即使发生通讯丢失，主蓝牙模块也能第一时间获知，从而告知误差计算单元处理。

S40、主蓝牙模块接收从蓝牙模块传送的信息，并将接收到的所述信息延时30-50ms后发送给误差计算单元，误差计算单元接收所述信息后对所述信息进行电能误差计算，再将计算结果发送给显示单元。所述误差单元包括模拟电源、标准表和误差板，本误差单元可以与现有的误差板兼容。所述误差单元通过将待检表的脉冲数据与标准表的脉冲数据进行对比，以对待检表进行检定。

本实施例中的延时时间为40ms，具体地，主蓝牙模块接收到所述信息后，开启第一定时器，第一定时器产生中断后将所述信息发送给误差计算模块；第一定时器的设置如下：

从蓝牙模块脉冲信号的时标：TpluseIn；

当前时标：Tpresent；

第一定时器的设置值：Tset；

固定延时：40ms；

Tset＝Tpluseln+40ms-Tpresent。

下面针对延时40ms造成的误差进行计算，表1和表2均出自《JJG 597-2005交流电能表检定装置检定规程》。

表1、装置输出功率稳定度

装置的准确度等级	0.01级	0.02级	0.03级	0.05级	0.1级	0.2级	0.3级
								标准表法(％)	0.015	0.025	0.03	0.05	0.1	0.2	0.5
瓦秒法(％)	-	-	-	0.01	0.02	0.05	0.05

表2、功率稳定度

所有脉冲检定的方法都属于标准表法，所以本发明讨论的检定方法是标准表法。电能表检定时间要求不低于5s。40ms的延时检定造成的极限误差(电源波动正好发生在5s检定的最后40ms，而且发生单向最大程度的波动)E＝(40ms/5s)*0.5＝0.004％。此误差值较小，对于0.5级(0.5％)的电能表来说可以忽略不计。另外表2要求的稳定度要求是120s的最大变差，而实验稳定度计算是按照5s的最大变差计算，所以实际上的最大误差值远远低于0.004％，并且其发生概率极低。

由于多个从模块相互干扰的存在，以及蓝牙协议栈本身的运行时间，通用设置下，从从蓝牙模块接收到待检电能表的脉冲信号，到主蓝牙模块接收到从蓝牙模块的脉冲信号，其延时在3ms-6ms之间，而主蓝牙模块延时40ms再发送的目的就是用来弥补这个延时造成的误差的，以增强检定装置的抗干扰能力，减小装置的检定误差。

S50、显示单元显示电能误差结果。

其中BLE，是指Bluetooth Low Energy，即低功耗蓝牙。

定时器则是由MCU自身提供的一个非常稳定的计数器,这个稳定的计数器就是MCU上连接的晶振部件。

蓝牙软件通常分为应用层、主协议层和控制层。按照通常的蓝牙应用，如果在应用层进行蓝牙对时，设置的时间为T0,经过主协议层和控制层的HCI层以及LL层到达物理层的时间为T0+T1，不同的蓝牙芯片以及不同的运行状态T1时间会有差异，但最小也在2ms。发明人考虑到蓝牙之间的干扰需要跳频技术，采用跳频技术会产生跳频，导致延时T2，经实测T1+T2的延时在3-6ms左右。所以对时必须直接操作寄存器进行时标发送才能避免延时出现的误差，也就是说需要直接操作物理层(PHY)发送数据。

蓝牙协议栈运行启动后需要访问MCU上的一些外设资源，比如无线收发硬件、定时器等。蓝牙协议栈启动后，蓝牙协议栈对这些资源的访问是独占的，即蓝牙协议栈启动后，无线收发硬件,定时器等外设资源是不允许被应用层直接访问的，不然会破坏蓝牙协议栈的运行状态。

但是对于BLE协议本身来说，BLE的工作是基于时间间隔的，即周期性的工作一会，睡眠一会，这也是低功耗的本质原理。所以BLE在睡眠的时候，蓝牙协议栈虽然还是“占据”了MCU的无线收发硬件、定时器等资源，但其实蓝牙协议栈并没有使用它们，但是即使没有使用，应用程序还是不可以直接访问这些外设资源的。

有时候需要跑BLE的同时，还要做一些2.4G的通信，这在正常情况下是不能实现的。不过蓝牙协议栈针对这些需要访问和蓝牙协议栈冲突的资源应用提供了一种解决办法---TimeSlot，即时间间隙。其根本就是在蓝牙协议栈运行过程中没有使用“独占”资源的时候，提供一种访问接口，让应用程序可以在这段间隙临时使用这些资源，并在蓝牙协议栈需要使用前及时释放这些资源避免影响蓝牙协议栈的运行状态。

市面大多数的蓝牙BLE芯片支持时间间隙使用方式，程序请求在BLE活动之间访问无线收发硬件。在本发明中，使用BLE的时间间隙使得正常BLE活动可以与时间同步功能同时运行。

主蓝牙模块的第二定时器和从蓝牙模块的第三定时器分别生成10ms定时中断时会产生偏差，偏差大小就是晶振的差异，取蓝牙晶振最低精度20ppm，两者最大差40ppm，10ms中断产生的偏差为0.4us。而0.4us偏差对最少5秒钟的电能计量时间来说可以忽略不计：误差为0.000008％。同时由于无线传输的干扰问题，每一秒钟仅对时成功一次造成的误差是0.0008％，此误差对检定结果没有影响，所以本实施例的对时方法的抗干扰能力很强：对时成功率1％造成的时间误差对电能的影响仅为0.0008％。

对时还有一个影响因素就是传输延时差异，主蓝牙模块在发送信息前才读取第一定时器寄存器的值，发送操作延时不会产生误差，因为误差主要来自操作延时的差异。从蓝牙模块接收中断后读值，设置中断优先级最高，考虑嵌套的情况下，按照通用32位蓝牙芯片晶振32MHZ以上中断延时最大为2us，即出入栈时间为64个数据入栈，但实际代码不会写这么多临时变量。按照2us的差异计算的误差为0.00002％，此误差值非常微小，可以忽略不计。

时标的例子：

struct

{

signed short timer_10msval；

signed short timer_100nSval；

}sync_pkt；

timer_10msval用来记录运行了多少个10ms。timer_100nsval用来记录10ms计数的尾数，表示运行了多少个100ns,发明人考虑到定时器的时钟分频后是100ns，为方便计算取得值，因此选取了100ns，实际也可以根据蓝牙芯片晶振进行修改,也就是说每个寄存器计数值代表100ns。

可以通过第二定时器和第三定时器timer_100nsval的差值，来设置从10ms定时器中断的寄存器用来同步两者的时差。

实施例2：本实施例的智能电能表的检定方法与实施例1的步骤基本一致，不同的是：

S40、标准电能表向主蓝牙模块发送脉冲数据，主蓝牙模块接收所述脉冲数据，主蓝牙模块将接收到的由从蓝牙模块发送的待检电能表的信息和标准电能表发送的脉冲数据，在主蓝牙模块内部进行电能误差计算，再将计算结果发送给显示单元。本实施例中的主蓝牙模块，其内部集成了误差板，因此可以在主蓝牙模块内部进行电能误差计算，其集成度更高。

从蓝牙模块将所述信息数字化处理后发送给主蓝牙模块，主蓝牙模块同时接收标准表的脉冲数据，并将其数字化，当待检电能表的脉冲个数达到检定标准时，主蓝牙模块内部进行计算，并将电能误差计算结果通过有线，例如串口通讯；或者无线，例如蓝牙、WIFI等方式发送给显示单元。

此种数字化方法的抗干扰能力特别强，当1秒钟99次的对时中，只要有一次成功就可以确保双方时标一致，以此为起点反推加补偿计算得到的电能误差对误差计算的影响较小。从蓝牙通讯模块发给主蓝牙模块的信息是数字化的，其包含了从蓝牙模块发送脉冲的序号以及脉冲到达时间，即使由于干扰导致某次的电能表脉冲丢失，当准确接收到下一次脉冲时，依然可以正确的计算出来误差值。从下面的公式可以很清晰的看到这一点：

智能电表脉冲常数：K1；

标准表脉冲常数：K2；

智能电表脉冲个数：Nchk；

标准表脉冲个数：Nstd；

误差值E＝(Nstd/K2-Nchk/K1)/Nstd/K2。

设置智能电表脉冲个数最小值为Nmin，由于干扰存在Nmin数据丢失，本发明方法可以取待检智能电能表脉冲最小值为Nmin+1，此时对应的标准表最少脉冲个数用Nstdmin+n来计算误差结果，此计算结果理论上更精确。本发明方法主蓝牙模块接收从蓝牙模块发送的待检智能电表脉冲数据的同时还接收标准电能表发送的脉冲数据，接收标准电能表脉冲数据是要早于待检智能电能表脉冲数据的，理论上造成的误差是1/Nstd，当接收成功延后一个待检表脉冲时，延迟接收成功的标准表脉冲会更多，对应两次待检电能表脉冲最小值的标准电能表发送脉冲个数为Nstdmin和Nstdmin+n，对应的误差为E1＝1/Nstdmin，E2＝1/Nstdmin+n，由于n>>1，所以E1<E2。

相对于其他蓝牙检定方法，本发明的检定技术方法在抗干扰上要远远优于其他蓝牙检定方法，而且对于实施例二来说还可以省掉误差计算模块。

实施例3：本实施例提供一种智能电能表检定装置，该装置使用实施例1或实施例2的检定方法进行检定，包括包括主蓝牙模块、从蓝牙模块和显示单元；

所述主蓝牙模块包括基于BLE协议的第一芯片、第一定时器和第二定时器；

所述从蓝牙模块包括基于BLE协议的第二芯片和第三定时器。

本发明的智能电能表的检定方法及装置，既实现了无线脉冲检定，弥补了其他蓝牙脉冲检定方法抗干扰能力差的弱点，又针对不同的应用场景提出了两种不同的解决方案，具备很好的应用前景。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能电能表的检定方法，其特征在于包括以下步骤：

S10、主蓝牙模块和从蓝牙模块进行初始化对时；

S20、检定开始后，主蓝牙模块和从蓝牙模块每间隔10-100ms进行一次时间同步，直至检定过程结束；

S30、检定开始后，待检电能表向从蓝牙模块发送脉冲信号，从蓝牙模块将接收到的脉冲信号的序号、以及接收到脉冲信号的时间信息发送给主蓝牙模块；

S40、主蓝牙模块接收从蓝牙模块传送的信息，并对所述信息进行电能误差计算，再将计算结果发送给显示单元；

S50、显示单元显示电能误差结果。

2.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：所述主蓝牙模块和从蓝牙模块均为基于BLE协议的低功耗蓝牙模块。

3.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：步骤S10中所述初始化对时及步骤S20中所述时间同步，均基于主蓝牙模块和从蓝牙模块的物理层进行。

4.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：所述步骤S40中进行电能误差计算的具体方法如下：

主蓝牙模块将接收到的所述信息延时30-100ms后发送给误差计算单元，误差计算单元接收所述信息后对所述信息进行电能误差计算。

5.根据权利要求4所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：主蓝牙模块接收到所述信息后，开启第一定时器，第一定时器产生中断后将所述信息发送给误差计算模块；第一定时器的设置如下：

从蓝牙模块脉冲信号的时标：TpluseIn；

当前时标：Tpresent；

第一定时器的设置值：Tset；

固定延时：30-100msms；

Tset＝TpluseIn+(30-100ms)-Tpresent。

6.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：所述步骤S40中进行电能误差计算的具体方法如下：

标准电能表向主蓝牙模块发送脉冲数据，主蓝牙模块接收所述脉冲数据，主蓝牙模块将接收到的所述信息和脉冲数据在主蓝牙模块内部进行电能误差计算。

7.根据权利要求6所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：从蓝牙模块将所述信息数字化处理后发送给主蓝牙模块，主蓝牙模块同时接收标准表的脉冲数据，并将其数字化，当待检电能表的脉冲个数达到检定标准时，主蓝牙模块内部进行计算，并将电能误差计算结果通过有线或者无线方式发送给显示单元。

8.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：所述步骤S10的具体内容如下：主蓝牙模块的第二定时器设置每间隔8-12ms中断一次，第一次中断后，主蓝牙模块向从蓝牙模块发起初始化对时请求；

从蓝牙模块的第三定时器设置每间隔8-12ms中断一次，从蓝牙模块接收到主蓝牙模块的初始化对时请求后，将时标计时归0。

9.根据权利要求1所述的智能电能表的检定方法，其特征在于：所述步骤S20的具体内容如下：主蓝牙模块每间隔10-100ms向从蓝牙模块发起一次对时请求，从蓝牙模块接收到对时请求后，通过修改设置的第三定时器的中断值对对时偏差进行修正。

10.一种智能电能表检定装置，其特征在于：所述智能电能表检定装置使用权利要求1-9任意一项所述的检定方法进行检定，包括主蓝牙模块、从蓝牙模块和显示单元；

所述主蓝牙模块包括基于BLE协议的第一芯片、第一定时器和第二定时器；

所述从蓝牙模块包括基于BLE协议的第二芯片和第三定时器。

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