一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法

技术领域

本发明属于智能电表技术领域，尤其涉及一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法。

背景技术

智能物联电能表在传统智能电能表的基础上，增加了端子测温、谐波计量、计量误差检测等新功能来防范烧表隐患、解决高铁/信号塔等谐波计量盲区问题；此外随着分布式能源、新能源汽车充电设施、逆变器等不断接入电网，带来非接入负荷、电能质量监测等用电用能管理需求，需要准确感知高频干扰以及防范谐波电流带来的风险，同时为客户建立合理的用能账单。因此，物联电能表是为满足因电改深度推进带来的计量管理新需求而设计的，在国网、南网都有广泛的市场需求。

目前国网智能物联电能表大多采用硬件功能模组，由于功能扩展模组硬件BOM价格偏贵，导致国网智能物联电能表整体成本较高，由于成本增加导致各省网对物联电能表推广较为缓慢。公开号为CN112698068A的专利申请提供了一种满足端子座温度监测的物联网模组化电能表，包括计量芯主板、管理芯主板、扩展模组和通信模块，所述计量芯主板上设有计量模组，所述计量模组包括MCU模块、电压电流采样模组、电池、超级电容、RTC时钟模块、ESAM模块、存储模块、脉冲信号模块和电源模块，所述管理芯主板上设有管理模组，所述管理模组包括MCU模块、端子测温模块、按键、ESAM模块、液晶显示屏和背光模组、蓝牙模块和存储模块。此专利中的功能模组及其他模组均是采用现有技术中的硬件结构，存在成本较高的问题。

因此，如何能够替代智能物联电能表中的硬件功能模组，从而降低物联电能表整体成本，提高物联电能表的普适性，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法，以解决现有技术中智能物联电能表中采用硬件功能模组，导致物联电能表整体成本较高的问题；另外本发明还提供了一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的介质及终端。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法，包括以下步骤：

S10、双向SPI通道与电能表基础业务APP的双芯交互通信，进行容器同步以及其他双芯数据交互；

S20、在现有物联表结构、外设接口不变基础上，将发给功能扩展模组的原有计量模组单向SPI原始数据通道，再分发一路到电能表管理模组的MCU上，同时驱动增加一个周波设备用于扩展APP访问和读取周波原始数据；

S30、扩展APP与系统管理APP通过内部通道交互，与外部通道交互的698协议报文数据由系统管理APP进行消息路由与协议发送接收处理；

S40、系统管理APP分配扩展逻辑地址，主站或终端通过所述扩展逻辑地址访问扩展APP，扩展APP通过所述周波设备读取SPI原始数据，用于计算类功能应用的数据与算法分析。

进一步的，所述步骤S20中，根据电能表计量模组采样输出协议扩展的原始数据格式在驱动层定义一个所述周波设备，所述周波设备在驱动中以高优先级采样数据，用缓冲内存的方式暂存所述周波设备。

进一步的，驱动所述周波设备实现时，采用全局变量缓存原始数据循环队列以便于扩展APP在没有得到及时调度时延迟读取对应的原始数据。

进一步的，驱动所述周波设备在解析电能表计量模组采样输出协议时采用DMA接收方式，并定义了应用程序与所述周波设备的交互数据方式，在应用程序与所述周波设备定义帧序号读取接口，驱动程序用于原始数据存储，在应用程序需要时，根据帧序号定位对应的数据返回给应用程序。

第二方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法。

第三方面，本发明还提供了一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上所述方法。

本发明提供的智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

目前国网智能物联电能表大多采用硬件功能模组，由于功能扩展模组硬件BOM价格偏贵，导致国网智能物联电能表整体成本较高，本发明在管理模组内部单向SPI原始数据通道分发一路到电能表的MCU上，并增加一种周波设备用于应用软件读取采集，为应用软件提供大量的原始数据，用于应用软件计算分析，进一步实现计算类扩展模组功能，通过扩展APP化的方式，以应用软件方式替代硬件功能模组，降低物联网电能表整体成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作一个简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法的框架示意图；

图3为本发明实施例提供的一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法中暂态监测模块的实现流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法中负荷识别APP的组成示意图。

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。

本发明提供了一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法，应用于国网智能物联电能表的推广过程中，智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法包括以下步骤：

S10、双向SPI通道与电能表基础业务APP的双芯交互通信，进行容器同步以及其他双芯数据交互；

S20、在现有物联表结构、外设接口不变基础上，将发给功能扩展模组的原有计量模组单向SPI原始数据通道，再分发一路到电能表管理模组的MCU上，同时驱动增加一个周波设备用于扩展APP访问和读取周波原始数据；

S30、扩展APP与系统管理APP通过内部通道交互，与外部通道交互的698协议报文数据由系统管理APP进行消息路由与协议发送接收处理；

S40、系统管理APP分配扩展逻辑地址，主站或终端通过扩展逻辑地址访问扩展APP，扩展APP通过周波设备读取SPI原始数据，用于计算类功能应用的数据与算法分析。

本发明通过应用软件实现现有硬件模组的功能，从而替代电能表的硬件功能模组，大大降低物联电能表整体成本。

本发明提供了一种智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法，应用于国网智能物联电能表的推广过程中，在原有硬件结构基础上，不作大的改进，只是把计量模组(SOC方案)的双芯接口中的单向SPI周波原始数据，分发一路到电能表的MCU上，接入MCU的SPI接收引脚，然后增加一种驱动设备(周波设备)，用于物联电能表应用软件访问和读取周波数据。结合图1与图2，所述智能物联电能表应用软件实现计算类功能应用的方法具体包括以下步骤：

S10、双向SPI通道与电能表基础业务APP的双芯交互通信，进行容器同步以及其他双芯数据交互；

S20、在现有物联表结构、外设接口不变基础上，将发给功能扩展模组的原有计量模组单向SPI原始数据通道，再分发一路到电能表管理模组的MCU上，同时驱动增加一个周波设备用于扩展APP访问和读取周波原始数据；

具体地，根据电能表计量模组采样输出协议扩展的原始数据格式在驱动层定义一个周波设备，周波设备在驱动中以高优先级采样数据，用缓冲内存的方式暂存周波设备，具体过程结合表1如下所示：

周波设备选择注册成“SAMPLE”设备；

定义两种驱动ioctl命令如下：

static int IO_fops_ioctl(struct dfs_fd*fd,int cmd,void*args)

表1

具体地，计算类功能应用对原始数据的内容要求较高，不能丢包或丢太多帧，但对数据处理的实时性要求则不是太高，所以可以在驱动中，采用一个较大的全局变量缓存一个原始数据循环队列，便于APP在没有得到及时调度时，可以延时读取对应的原始数据，不丢周波帧数据，以128个点周波内存占用情况为例进行分析，如下：

一帧128个点的周波采样，长度为(128*6+1＝769)字节，缓存500ms数据，每20ms一帧，则769*25＝19225≈18.77kB字节；

一帧256个点的周波采样，长度为(256*6+1＝1537)字节，缓存500ms数据，每20ms一帧，则1537*25＝38425≈37.52kB字节；

如果是以负荷辨识的功能考虑，只需要32个点的周波数据即可，则占用的内存更少。

在点数较少时，占用内存小，则缓存数据的时间变大，对应用软件读取数据的实时性要求更低，从而使应用软件得到完整的原始数据，用于计算分析。

考虑到APP与内核交互机制，驱动在入参帧序号的基础上每次最多返回5帧数据，然后以havedata表示是否仍有数据未读取完成(如缓存了400ms数据，本次只读取了200ms数据)，然后由app决定是否继续读取剩余数据。

驱动在有数据时，以pollin形式及时告诉app采集到了周波数据，app通过poll接口查询(或定义查询读取)是否有新数据。

如果入参帧序号基础上没有新数据，则DataLen返回为0，应用软件可以间隔一段时间再来读取。

进一步的，本实施例中，驱动周波设备实现时，采用全局变量缓存原始数据循环队列以便于扩展APP在没有得到及时调度时延迟读取对应的原始数据，解决应用程序由于操作系统调度不及时导致的原始数据丢包问题，大大降低应用软件实时性要求，驱动设备定义了帧序号读取接口，便于多个APP访问周波设备数据，而驱动程序只管原始数据存储，在应用软件需要时，根据帧序号定位对应的数据，返回给应用软件即可，可以较好地解决多个APP读取冲突。

进一步的，本实施例中，驱动在解析电能表计量模组采样输出协议时，需要尽快解析成功，最好采用DMA接收方式，以便尽可能少占用CPU资源，提高性能，同时缓存循环队列和查找循环队列亦需要较好的算法，尽快早找定位数据地址，并COPY，提高性能，应用软件可以用个优先级较高的线程实时读取缓存队列中原始数据，读取完并解析后，发给另一个线程(优先级较低，占用较长时间CPU)进行算法处理。

S20、扩展APP与系统管理APP通过内部通道交互，与外部通道交互的698协议报文数据由系统管理APP进行消息路由与协议发送接收处理；

S30、扩展APP根据原有物联电能表设计软件要求，系统管理APP分配扩展逻辑地址，主站或终端通过扩展逻辑地址访问扩展APP，扩展APP通过增加的周波设备读取SPI原始数据，用于计算类功能应用(如负荷辨识与电能质量监测)的数据与算法分析，在扩展APP(应用程序)上分别实现计算类功能应用后，则扩展APP分别等效于功能应用模组。

具体地，应用程序与驱动设备定义帧序号读取接口，便于多个APP访问周波设备数据，而驱动程序只管原始数据存储，在应用软件需要时，根据帧序号定位对应的数据，返回给应用软件即可，以解决多个APP读取冲突时序，简化设计逻辑。

根据目前物联表上的扩展功能模组应用，以电能质量监测与负荷辨识(APP)为例说明应用软件原始周波数据的获取方法与接口流程，不研究具体功能算法，在引入周波设备后，其它类的计量类功能应用也是通过获取周波设备原始数据后，进行相应的功能开发的。

a.电能质量APP

通过电能质量应用程序读取驱动周波设备的原始周波数据实现电能质量扩展模组相关功能，如暂态监测、闪变测量等，其中暂态监测模块的实现流程如图3所示。

b.负荷识别APP

通过负荷辨识应用程序读取驱动周波设备的原始周波数据，实现用户负荷识别电器实现，电器设备监测开关等功能，通过对计量模组输入的原始数据进行分析，实现对用电负荷运行状态与耗电量的监测和分析统计，满足非介入式负荷辨识模组标准中要求，如图4所示，APP软件可进一步划分为数据处理模块、事件监测模块、特征提取模块、负荷分解模块、周期冻结模块、负荷特征数据几大部分，各功能模块按串行前后驱动形式组织。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。

本发明实施例还提供了一种电子终端，包括：处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使终端执行本实施例中任一项方法。

本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。

上述实施例所述的智能电能表应用软件实现计算类功能应用的方法，与现有技术相比，目前国网智能物联电能表大多采用硬件功能模组，由于功能扩展模组硬件BOM价格偏贵，导致国网智能物联电能表整体成本较高，本发明在管理模组内部单向SPI原始数据通道分发一路到电能表的MCU上，并增加一种周波设备用于应用软件读取采集，为应用软件提供大量的原始数据，用于应用软件计算分析，进一步实现计算类扩展模组功能，通过扩展APP化的方式，以应用软件方式替代硬件功能模组，降低物联网电能表整体成本。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，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。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。