CN116013055A - 一种基于hplc与hrf双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，涉及电力技术领域，包括硬件和软件两部分，硬件部分包括高压隔离及信号耦合电路模块、HPLC接收/发送电路模块、HRF接收/发送电路模块、HPLC+HRF双模主控芯片电路模块、ACDC或DCDC强电转弱电电路模块、DCDC电源转换电路模块、程序及数据存储电路模块、通信接口电路模块和显示电路模块，软件部分包括硬件驱动程序模块、双模通信组网程序模块和业务应用程序模块。本发明通过HPLC+HRF双模通信方式进行通信，兼容HPLC或HRF单模通信，单个设备可实现生产和运维双方面需求，多个相同设备可共存同时使用，由不能通信到可以通信的时间变短，通信效率提高。

Description

一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，更具体地说，涉及一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法。

背景技术

现有的读电能表的测试方法基于原始宽带电力线载波通信技术，通过串口转为宽带载波信号，实现与电能表的通信功能。现有装置主要实现方法有两种：一种为在固定的频段范围内不停的发送载波信号，强制电能表与其通信，没有考虑与现有通信网络中载波信号的冲突问题，并且多个设备在同一网络内相互干扰；另一种方法需要抄控器装置与目标设备先建立链接，再与建立链接目标进行通信，等待时间比较长，工作效率较低。

宽带电力线载波通信技术已经升级到HPLC技术，并且继续在HPLC+HRF双模通信技术上面进行升级，原有设备存在了通信技术不能兼容的问题，因此发明了一种方法及装置，基于HPLC与HRF双模通信技术，快速抄读电能表数据，实现对工厂内电能表生产过程中通信功能的测试及现场通信问题定位测试的功能，解决现有装置通信冲突、通信效率低、不兼容新双模通信技术等问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有装置通信冲突、通信效率低、不兼容新双模通信技术等问题，提供了一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法。

为实现上述目的，一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，包括硬件和软件两部分，所述硬件部分包括高压隔离及信号耦合电路模块、HPLC接收/发送电路模块、HRF接收/发送电路模块、HPLC+HRF双模主控芯片电路模块、ACDC或DCDC强电转弱电电路模块、DCDC电源转换电路模块、程序及数据存储电路模块、通信接口电路模块和显示电路模块，所述软件部分包括硬件驱动程序模块、双模通信组网程序模块和业务应用程序模块，所述软件部分包括循环的任务主流程，即检查业务串口是否有接收到数据，没有接收到数据则准备发送信标帧进行网络维护，如果收到业务报文数据，转换为MPDU报文，然后MPDU数据发送和接收到HPLC或HRF上，等待数据返回，数据返回后进行反向报文解析，需要是业务报文，则通过串口返回数据。

可选的，所述HPLC/HRF发送的数据包括应用层传递过来的消息报文和网络中的信标帧报文，收到消息报文后，将报文转换为MSDU格式，MSDU报文通过添加头尾等信息转换为MPDU报文格式进入HPLC/HRF发送队列，等待网络协调分配好时隙，进行物理层数据发送，数据转换为模拟信号发送到电力线或无线上。系统定时发送信标帧报文，到时后信标帧报文直接加入信标发送队列，分配信标发送时隙，进行HPLC/HRF数据发送。

可选的，所述HPLC/HRF接收为收到HPLC/HRF物理层返回的MPDU报文后，首先进行帧类型判断，如果不是SOF帧，则直接结束，如果是SOF帧，重组MPDU帧，将完整的MPDU数据帧进行拆分转换，提取出MSDU报文数据，判断是否为不需处理直接转发的数据，如果是则转发并结束流程，如果不是转发数据，则解析为业务报文，通过串口或网口发送给上位机，任务结束。

可选的，所述硬件驱动程序模块负责芯片的UART口、网口、I/O口、SPI口、PLC口、RF口、定时器等硬件资源的管理和协调分配工作，是程序运行的基础。

可选的，所述双模通信组网程序模块为HPLC和HRF组网过程管理部分，管理信标、发送搜索帧、时钟同步、入网请求、时隙分配等工作，是能够双模通信成功的关键部分。

可选的，所述业务应用程序模块主要是对基于串口、网口等通信数据的解析与处理，需要判断是否满足规约格式，是否需要进行数据转发等工作。

本发明提供的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明采用HPLC+HRF双模通信方式，兼容原HPLC单模通信，增加了无线部分的硬件通道；

2.本发明PC机或移动终端等设备的连接不只通过RS-232串口通信方式，还具备了以太网、WIFI等有线或无线方式，方便使用；

3.本发明能够多个并存同一网络中，解决电能表生产过程中多条测试线相互干扰影响测试效率的问题；

4.本发明能够通过双模方式，快速与电能表中的STA模块快速建立链接，并且不影响网络中其他模块通信，实现5秒内的快速通信，有助于现场通信模块问题快速定位。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明单独与电能表连接抄读数据应用情景下示意图；

图2为本发明接入现有双模通信网络中与某一设备进行通信应用情景下示意图；

图3为本发明硬件逻辑框图；

图4为本发明软件实现的流程图；

图5为本发明主流程的流程图；

图6为本发明HPLC/HRF发送流程的流程图；

图7为本发明HPLC/HRF接收流程的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面以具体的实施例进行说明，具体参考附图1，并对本发明作进一步详细说明。

本发明包括硬件和软件两部分，硬件部分由高压隔离及信号耦合电路模块、HPLC接收/发送电路模块、HRF接收/发送电路模块、HPLC+HRF双模主控芯片电路模块、ACDC或DCDC强电转弱电电路模块、DCDC电源转换电路模块、程序及数据存储电路模块、通信接口电路模块、显示电路模块等9部分组成。具有单独的供电电源，便于移动操作的外壳，通过外部接口连接到上位机软件，通过强电接口的HPLC或高速无线HRF信号与运行的电能表进行通信，实现对电能表进行抄读、故障研判等运维和测试功能，基于独立移动运维、测试设备使用的设计方案，采用双模通信方式，接线方便、简单，使用起来安全、高效，有利于电能表生产企业的场内测试和模块生产企业现场运维测试。

其中，参考说明书附图图3：

高压隔离及信号耦合电路模块：主要负责对强电50Hz交流电源或直流电源进行隔离，并且电力线载波通信信号能够无损通过，主要由不同电压等级的X2安规电容、信号耦合器和信号保护电路组成。

HPLC接收/发送电路模块：HPLC信号处理部分的电路分为接收电路和发送电路。接收电路采用多阶带通滤波器设计，滤除干扰信号，保留载波工作频段，增加信号接收灵敏度；发送电路采用专用放大器芯片，可对HPLC主芯片输出的载波信号进行放大，放大为±12V信号，通过耦合电路耦合到电力线上，实现载波通信。

HRF接收/发送电路模块：HRF信号处理部分的电路同样分为接收电路和发送电路。采用多阶带通滤波器设计，接收和发送通道采用无线模拟开关实现收发信号通道的切换功能。

DCDC电源转换电路模块：芯片的工作电压为3.3V、1.8V、1.2V等多种弱电电源电压，需要将输入电压12V进行转换，采用高效率DCDC芯片将12V转换为芯片所需多种工作电压，为HPLC主芯片、存储器芯片、HPLC通信电路、HRF通信电路提供工作电源。

HPLC+HRF双模主控芯片：HPLC+HRF主控芯片选用双模专用芯片方案，硬件资源非常丰富，满足国网双模标准通信协议，能够互联互通。

显示电路模块：该电路模块主要起到设备工作状态指示的作用，运行灯表示设备运行是否正常，正常进行1Hz闪烁，上行通信指示灯表示与上位机的通信过程，下行通信指示灯表示通过HPLC或HRF与电能表进行通信的过程，红灯表示接收，绿灯表示发送，能够直观的判断出设备目前的通信状态，方便现场运维。

程序及数据存储电路模块：设备中需要存储器电路对程序、参数、log信息等数据进行存储。对数据存储空间要求较大，采用Flash芯片进行数据存储，与主芯片的总线接口选择SPI方式，也可内置到双模芯片中。

通信接口电路模块：设备上行通信接口具有RS-232通信接口、RJ45以太网接口和WIFI接口三种方式，方便上位机灵活选用，特别是现场不方便接线的情况下，可选用WIFI通信方式，方便运维操作。

ACDC或DCDC强电转弱电电路模块：强电直接输入，需要在设备中添加强电转弱电的电源模块，采用AC或DC输入兼容的电源方案，将输入的强电转换为DC12V弱电，输出到DCDC电源转换电路模块，给整机提供工作电源。

软件部分主要分为硬件驱动程序模块、双模通信组网程序模块、业务应用程序模块三大部分构成。硬件驱动程序模块负责芯片的UART口、网口、I/O口、SPI口、PLC口、RF口、定时器等硬件资源的管理和协调分配工作，是程序运行的基础；双模通信组网程序模块为HPLC和HRF组网过程管理部分，管理信标、发送搜索帧、时钟同步、入网请求、时隙分配等工作，是能够双模通信成功的关键部分；业务应用程序模块主要是对基于串口、网口等通信数据的解析与处理，需要判断是否满足规约格式，是否需要进行数据转发等工作。

参考说明书附图图4，多个设备(抄控器)共同存在时，抄控器之间需要进行多网络协调，设备定时快速切换频段，发送带有特殊SNID的信标帧，STA收到后快速切换至与抄控器同一频段进入特殊工作模式，与抄控器建立链接，PC端可以通过抄控器发送业务报文，与电能表进行通信。当过一段时间，STA在5分钟内一直没有通信或检测到抄控器发送的心跳报文，STA则切回原工作频段，恢复正常工作状态。

在运行过程中，首先程序对系统的硬件或寄存器的初始工作状态进行设置，然后创建任务，主任务只有一个循环逻辑，如说明书附图图5所示：检查业务串口是否有接收到数据，没有接收到数据则准备发送信标帧进行网络维护，如果收到业务报文数据，转换为MPDU报文，然后MPDU数据发送和接收到HPLC或HRF上，等待数据返回，数据返回后进行反向报文解析，需要是业务报文，则通过串口返回数据，并且主流程一直进行该任务循环。

其中，HPLC/HRF发送流程中，HPLC/HRF发送的数据主要有两种，一种为应用层传递过来的消息报文，一种为网络中的信标帧报文，具体发送流程如说明书附图图6所示。收到消息报文后，将报文转换为MSDU格式，MSDU报文通过添加头尾等信息转换为MPDU报文格式进入HPLC/HRF发送队列，等待网络协调分配好时隙，进行物理层数据发送，数据转换为模拟信号发送到电力线或无线上。系统定时发送信标帧报文，到时后信标帧报文直接加入信标发送队列，分配信标发送时隙，进行HPLC/HRF数据发送。

HPLC/HRF接收流程中，该流程为将HPLC/HRF收到的数据反向解析为业务报文的过程，具体流程如说明书附图图7所示。收到HPLC/HRF物理层返回的MPDU报文后，首先进行帧类型判断，如果不是SOF帧，则直接结束，如果是SOF帧，重组MPDU帧，将完整的MPDU数据帧进行拆分转换，提取出MSDU报文数据，判断是否为不需处理直接转发的数据，如果是则转发并结束流程，如果不是转发数据，则解析为业务报文，通过串口或网口发送给上位机，任务结束。

本发明通过HPLC+HRF双模通信方式进行通信，兼容HPLC或HRF单模通信，单个设备可实现生产和运维双方面需求，多个相同设备可共存同时使用，由不能通信到可以通信的时间变短，通信效率提高。

并且多个抄控器设备可以进行多网络协调，避免了多个设备共同发送数据的冲突问题；抄控器快速进行频段切换适应，使工作在不同频点的STA能够快速进入与抄控器通信的特殊工作状态，实现快速通信；不在发送广播报文，采用单播方式，不影响现有载波通信网络，降低通信冲突。

在原只有HPLC通信方式的基础上，增加了HRF部分并且兼容单模HPLC通信，当现场没办法进行强电HPLC通信时，可采用HRF无线方式进行通信，灵活方便。增加了在RS-232接口基础上，增加了网口和WIFI通信方式，与上位机连接更方便，还可以与移动设备进行连接，可拓展处更多的运维方式。采用多个专用ID编号，可以进行多网络协调工作，避免了原来多个设备同时工作时通信互相影响的问题，使电能表生产过程中可多设备同时工作，提高了生产效率。通过扩展通信报文，优化通信流程，实现与模块通信的快速连接，降低连接所需时间，提高生产及运维效率

分为二个应用场景，一是单独与电能表连接抄读数据，二是接入现有双模通信网络中，与某一设备进行通信，如下说明书附图图1-2所示。

以上通过具体实施例对本发明技术方案做客进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。

Claims (6)

1.一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法,其特征在于，包括硬件和软件两部分，所述硬件部分包括高压隔离及信号耦合电路模块、HPLC接收/发送电路模块、HRF接收/发送电路模块、HPLC+HRF双模主控芯片电路模块、ACDC或DCDC强电转弱电电路模块、DCDC电源转换电路模块、程序及数据存储电路模块、通信接口电路模块和显示电路模块，所述软件部分包括硬件驱动程序模块、双模通信组网程序模块和业务应用程序模块，所述软件部分包括循环的任务主流程，即检查业务串口是否有接收到数据，没有接收到数据则准备发送信标帧进行网络维护，如果收到业务报文数据，转换为MPDU报文，然后MPDU数据发送和接收到HPLC或HRF上，等待数据返回，数据返回后进行反向报文解析，需要是业务报文，则通过串口返回数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，其特征在于：所述HPLC/HRF发送的数据包括应用层传递过来的消息报文和网络中的信标帧报文，收到消息报文后，将报文转换为MSDU格式，MSDU报文通过添加头尾等信息转换为MPDU报文格式进入HPLC/HRF发送队列，等待网络协调分配好时隙，进行物理层数据发送，数据转换为模拟信号发送到电力线或无线上。系统定时发送信标帧报文，到时后信标帧报文直接加入信标发送队列，分配信标发送时隙，进行HPLC/HRF数据发送。

3.根据权利要求1所述的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，其特征在于：所述HPLC/HRF接收为收到HPLC/HRF物理层返回的MPDU报文后，首先进行帧类型判断，如果不是SOF帧，则直接结束，如果是SOF帧，重组MPDU帧，将完整的MPDU数据帧进行拆分转换，提取出MSDU报文数据，判断是否为不需处理直接转发的数据，如果是则转发并结束流程，如果不是转发数据，则解析为业务报文，通过串口或网口发送给上位机，任务结束。

4.根据权利要求1所述的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，其特征在于：所述硬件驱动程序模块负责芯片的UART口、网口、I/O口、SPI口、PLC口、RF口、定时器等硬件资源的管理和协调分配工作。

5.根据权利要求1所述的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，其特征在于：所述双模通信组网程序模块为HPLC和HRF组网过程管理部分，管理信标、发送搜索帧、时钟同步、入网请求、时隙分配等工作。

6.根据权利要求1所述的一种基于HPLC与HRF双模通信技术实现快速抄读电能表的测试方法，其特征在于：所述业务应用程序模块主要是对基于串口、网口等通信数据的解析与处理，需要判断是否满足规约格式，是否需要进行数据转发等工作。

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