CN113625026A - 一种用于反窃电监测终端的主控装置及数据采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反窃电监测终端的主控装置及数据采样方法，属于通信控制技术领域。本发明装置，包括：主处理器，所述主处理器下发功耗控制信号及采样控制信号；采样控制单元、所述采样控制单元接收所述主处理器下发的采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样；功耗控制单元、所述功耗控制单元接收所述主处理器下发的功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制。本发明可为反窃电监测终端提供完备的功耗控制及通信策略，并有效提高小电流采样精度，统一反窃电监测终端核心功能，使设备可入网、可管控，协助现场工作人员对窃电位置的精准定位。

Description

一种用于反窃电监测终端的主控装置及数据采样方法

技术领域

本发明涉及通信控制技术领域，并且更具体地，涉及一种用于反窃电监测终端的主控装置及数据采样方法。

背景技术

近年来，随着科技的发展，窃电问题越发严重，主要表现为窃电手段高科技化、窃电过程隐蔽化、窃电数量大额化，为了应对日益增长的窃电形式，反窃电监测终端便应运而生。

但因反窃电监测终端的功能不统一、数据不安全、远程通讯模块易损坏、采样精度低、功能要求功耗大等问题导致反窃电监测终端管控难、数据易丢失、器件易老化损坏，而无法进行批量推广应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于反窃电监测终端的主控装置，包括：

主处理器，所述主处理器下发功耗控制信号及采样控制信号；

采样控制单元、所述采样控制单元接收所述主处理器下发的采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样；

功耗控制单元、所述功耗控制单元接收所述主处理器下发的功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制。

可选的，装置还包括：通讯控制单元、所述通讯控制单元用于反窃电监测终端与所述主控装置的通信，及主控制器、采样控制单元与功耗控制单元间的通信。

可选的，功耗控制单元，功耗控制单元用于通信管理及电源管理；

所述通信管理，具体为：控制本地通信与远程通讯的切换，进行远程召测逻辑控制，进行反窃电监测终端的A、B、C三相终端相互之间组网通信的通信控制，进行主站与反窃电监测终端数据传输控制；

所述电源管理，具体为：控制反窃电监测终端未工作状态保持低功耗运行模式。

可选的，采样控制单元，内置计量IC，采样控制单元中的电流通道信号路径配有高通滤波器，所述高通滤波器用于消除ADC输出中的直流失调。

可选的，远程通讯控制单元具备eSIM无线通讯功能。

可选的，装置还包括：供电单元用于所述装置在功能不足时，对所述装置进行供电。

可选的，装置还包括：存储模块，所述存储模块，为不低于8Mbyte的掉电不丢失数据存储器，用于存储反窃电监测终端与所述装置的交换数据及反窃电监测终端的运行事件。

本发明还提出了一种用于反窃电监测终端的数据采样方法，包括：

通过主处理器下发功耗控制信号，控制功耗控制单元根据功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制；

功耗控制后，通过主处理器下发采样控制信号；

控制采样控制单元根据采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样。

本发明可为反窃电监测终端提供完备的功耗控制及通信策略，并有效提高小电流采样精度，统一反窃电监测终端核心功能，使设备可入网、可管控，协助现场工作人员对窃电位置的精准定位。

附图说明

图1为本发明装置的结构图；

图2为本发明装置的外形结构接口图；

图3为本发明装置实施例中功耗控制单元远程召测逻辑控制图；

图4为本发明装置实施例中功耗控制单元自组网通信流程图；

图5为本发明装置实施例中功耗控制单元与主站数据交互流程；

图6为本发明装置实施例中功耗控制单元功能控制逻辑图；

图7为本发明装置实施例中功耗控制单元工作电源选取流程图；

图8为本发明装置实施例中功耗控制单元控制低功耗运行流程图；

图9为本发明装置实施例中采样控制单元采样控制流程图；

图10为本发明装置实施例中远程通讯单元远程通讯数据交互流程图；

图11为本发明装置实施例中供电单元工作电源工作流程图；

图12为本发明方法的流程图。

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。

本发明提供了一种用于反窃电监测终端的主控装置，如图1所示，包括：

主处理器，所述主处理器下发功耗控制信号及采样控制信号；

采样控制单元、所述采样控制单元接收所述主处理器下发的采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样；

功耗控制单元、所述功耗控制单元接收所述主处理器下发的功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制。

通讯控制单元、所述通讯控制单元用于反窃电监测终端与所述主控装置的通信，及主控制器、采样控制单元与功耗控制单元间的通信。

其中，功耗控制单元，功耗控制单元用于通信管理及电源管理；

所述通信管理，具体为：控制本地通信与远程通讯的切换，进行远程召测逻辑控制，进行反窃电监测终端的A、B、C三相终端相互之间组网通信的通信控制，进行主站与反窃电监测终端数据传输控制；

所述电源管理，具体为：控制反窃电监测终端未工作状态保持低功耗运行模式。

其中，采样控制单元，内置计量IC，采样控制单元中的电流通道信号路径配有高通滤波器，所述高通滤波器用于消除ADC输出中的直流失调。

其中，远程通讯控制单元具备eSIM无线通讯功能。

供电单元用于所述装置在功能不足时，对所述装置进行供电。

存储模块，所述存储模块，为不低于8Mbyte的掉电不丢失数据存储器，用于存储反窃电监测终端与所述装置的交换数据及反窃电监测终端的运行事件。

本发明装置的外接接口采用插针形式，如图2所示，对外接口主要有VCC、SPI、UART、I2C、ADC、SIM卡和GPIO等，左右两侧插针管脚定义如表1所示。

表1

本发明供电单元能够提供三路不同电压等级工作电源，保证主控模块内各功能单元供电需求。同时，主处理器针对各功能单元实施行之有效的控制策略，

通过功耗控制单元降低整机功耗，延长在电池供电时的使用寿命，通过采集控制单元可实现电流、电池电压和电容电压的采集处理，实现小电流高精度采集；远程通讯控制单元采用双模工作方式，既可以远程授予号码，又可以选择插卡通信；本地无线控制单元支持多种网络设计，可根据不同的应用场景选择不同的网络，通过星型网络实现主从模式自认定，通过网状网络实现信息互通。

下面针对本发明装置的各个单元进行介绍：

功耗控制单元

功耗控制主要有智能通信功能和智能电源管理两个方面，通过对功耗较大的硬件进行智能控制及供电控制，有效降低整体功耗，延长现场应用时间窗。

智能通信功能，主要通过本地自组网方案，实现本地通信与远程通讯智能切换，网络中的每一个节点不仅能够完成节点本身的功能，还能够作为路由器参与组网与转发数据，无论节点状态如何改变，无线自组网节点能够快速地接收到邻近节点的无线信号，节点的路由器算法再根据当前的相邻节点状态，启动路由算法，自动调整节点之间的通信关系，形成新的网络拓扑结构。将本地设备电容电量、电池电压作为主要路由算法参数，从而实现组网后本地设备电容电量或者电池电压较高者为主机进行远程通讯，并可利用步进登录方法，实现远程召测功能，如图3所示：

A、B、C三相反窃电监测终端相互之间组网通信，如图4所示，每相反窃电监测终端均可获取其他两相反窃电监测终端的电容电压、电池电压和负荷电流等数据。

A、B、C三相反窃电监测终端分别判断三相电容电压最大值(当电容没电或不足以支撑远程通讯时判断电池电压最大值)，选择电容电压最大者为主机且启动自身无线通信模块与主站进行交互，将三相反窃电监测终端的数据统一发送至主站，如图5所示：

智能电源管理，如图6所示，反窃电监测终端具有感应取电、电容储能和电池供电三种电源，主控模块通过采集三种电源电压，综合判断后，选取某一种电源作为主控模块的主电源使用，如图7所示。当感应取电能量足够用时，可采用感应取电直接供电且多余电能为电容储能装置充电，远程通信功能启动时可利用电容储能装置内的电能补充远程通讯时的瞬间功耗峰值。当感应取电无法满足主控模块工作时，优先选择电容储能装置供电，若电容储能装置电量不足则采用电池电源对主动模块进行供电。主控模块系统运行过程中，针对非实时功能单元也会进行有效的电源控制策略，降低整机功耗，延长现场使用时间窗，如图6所示：

主控模块运行过程会采用低功耗运行模式，如图8所示，对非实时功能单元的供电电路通过MOS管开关控制，平时处于未上电状态。可通过定时任务等事件唤醒，同时恢复通信单元、存储单元、加密单元等功能单元的供电，从而完成数据的定时传输功能以及数据的存储功能，之后主控模块再次进入低功耗模式从而保持在大部分时间内低功耗运行。

采样控制单元

内置高精度计量IC，电流通道信号路径中配有高通滤波器用于消除ADC输出中的直流失调，同时采用过采样技术提高分辨率。

ADC采样数据通过RC低通滤波算法，计算均方根有效值，再连续取M次采样有效值进行算术平均值计算，最终得到模拟量有效值，达到高精度采样。

RC低通滤波算法方面，本方案采用优化的RC低通滤波算法，将本次采样值与上次滤波输出值进行比较，然后根据比较采用不同的公式计算，如图9所示，这样程序的运算效率可提高一倍，如公式(1)(2)所示。

当X(n)＜Y(n-1)时，

Y(n)＝Y(n-1)-(Y(n-1)-X(n))×a÷256 (1)

当X(n)＞Y(n-1)时，

Y(n)＝Y(n-1)+(X(n)-Y(n-1))×a÷256 (2)

式中：Y(n)为本次滤波输出值，α为滤波系数，X(n)为本次采样值，Y(n-1)为上次滤波输出值。

有效值计算方面，首先针对滤波后的数据进行均方根处理，得到本次采样有效值，如式(3)所示，再将连续采样M次有效值进行算术平均值计算，最终得到模拟量有效值，如式(4)所示。

远程通讯控制单元

本单元配合主处理器、功耗控制单元实现数据与主站的交互功能，如图10所示，同时具备eSIM无线通讯功能，可重复编程及空中写卡(OTA)，通过写入不同运营商的配置文件，用户可以灵活写入不同运营商的码号数据，解决单一运营商网络无法全覆盖的缺陷，避免再次采购的经济成本以及时间成本和因没有信号设备停止工作造成的损失，从而提高设备的工作效率以及环境的适应性能力。

供电单元

当感应取电能量足够用时，可采用感应取电直接供电且多余电能为电容储能装置充电，如图11所示，远程通信功能启动时可利用电容储能装置内的电能补充远程通讯时的瞬间功耗峰值。当感应取电无法满足主控模块工作时，优先选择电容储能装置供电，若电容储能装置电量不足则采用电池电源对主动模块进行供电。

主处理器

采用低功耗主处理器SCM330B，是业务程序的载体，用于实现运行功耗、数据采集、电源管理、远程通信、本地无线通讯、数据存储等控制逻辑功能，实现对反窃电监测终端功能的全面管理。

存储单元

采用不低于8Mbyte的掉电不丢失数据存储器，可存储电流曲线、事件记录、位置信息、参数配置、程序升级文件等数据信息，实现反窃电监测终端各类数据本地化存储，有效支撑主站远程召测各类存储数据。

本发明还提出了一种用于反窃电监测终端的数据采样方法，如图12所示，包括：

通过主处理器下发功耗控制信号，控制功耗控制单元根据功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制；

功耗控制后，通过主处理器下发采样控制信号；

控制采样控制单元根据采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样。

本发明可为反窃电监测终端提供完备的功耗控制及通信策略，并有效提高小电流采样精度，统一反窃电监测终端核心功能，使设备可入网、可管控，协助现场工作人员对窃电位置的精准定位。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，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发明范围的所有变更和修改。

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

Claims (8)

1.一种用于反窃电监测终端的主控装置，所述装置包括：

主处理器，所述主处理器下发功耗控制信号及采样控制信号；

采样控制单元、所述采样控制单元接收所述主处理器下发的采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样；

功耗控制单元、所述功耗控制单元接收所述主处理器下发的功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制。

2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：通讯控制单元、所述通讯控制单元用于反窃电监测终端与所述主控装置的通信，及主控制器、采样控制单元与功耗控制单元间的通信。

3.根据权利要求1所述的装置，所述功耗控制单元，功耗控制单元用于通信管理及电源管理；

所述通信管理，具体为：控制本地通信与远程通讯的切换，进行远程召测逻辑控制，进行反窃电监测终端的A、B、C三相终端相互之间组网通信的通信控制，进行主站与反窃电监测终端数据传输控制；

所述电源管理，具体为：控制反窃电监测终端未工作状态保持低功耗运行模式。

4.根据权利要求1所述的装置，所述采样控制单元，内置计量IC，采样控制单元中的电流通道信号路径配有高通滤波器，所述高通滤波器用于消除ADC输出中的直流失调。

5.根据权利要求1所述的装置，所述远程通讯控制单元具备eSIM无线通讯功能。

6.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：供电单元用于所述装置在功能不足时，对所述装置进行供电。

7.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：存储模块，所述存储模块，为不低于8Mbyte的掉电不丢失数据存储器，用于存储反窃电监测终端与所述装置的交换数据及反窃电监测终端的运行事件。

8.一种用于反窃电监测终端的数据采样方法，所述方法包括：

通过主处理器下发功耗控制信号，控制功耗控制单元根据功耗控制信号对反窃电监测终端进行功耗控制；

功耗控制后，通过主处理器下发采样控制信号；

控制采样控制单元根据采样控制信号对反窃电监测终端进行数据采样。

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