一种专变终端的脉冲输入计数方法、模块及其专变终端

技术领域

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种专变终端的脉冲输入计数方法，一种脉冲输入的计数模块，以及对应的专变终端。

背景技术

根据DLT614-2017多功能电表协议及终端规范，电表应具备与能耗成正比的LED脉冲和电量脉冲输出功能，通常脉冲宽度是80±20ms。终端接收电能表输出的脉冲，完成对脉冲信号进行计数，然后结合电能表的脉冲常数、电压互感器(TV)和电流互感器(TA)的变化，计算出平均功率，并记录当日、当月功率的最大值和出现时间。

传统的电力设备中利用周期采样电平来采集脉冲信号，这种采集方式是通过不断对脉冲信号进行扫描的方式检测脉冲信号，然后根据电平变化来确定脉冲的变化时间及脉冲的宽度，并实现脉冲计数。通过脉冲的宽度及脉冲间隔及单位时间内的脉冲数量，还可以计算脉冲的功率。传统的脉冲信号采集在实现上是通过MCU芯片定时器中断周期性地采集电平，根据电平高低记录相应数据。

在传统脉冲信号检测方法中，如果需要提高脉冲信号的检测精度，就需要不断提高采样电平的发射频率，保证采样电平的频率大于脉冲信号的频率，高频的采样电平会带来频繁的中断，进而导致MCU的负荷过高。如果采样电平的频率小于脉冲信号的频率则又会导致部分脉冲信号的计数值丢失，影响脉冲检测结果的精度。因此，如何更高效地使用处理器，准确地读取脉冲数据是一个值得研究方向。

发明内容

为了解决传统脉冲检测方式难以在MCU负荷和检测精度间取得平衡的问题，本发明提供一种专变终端的脉冲输入计数方法，一种脉冲输入的计数模块，以及对应的专变终端。

本发明采用以下技术方案实现：

一种专变终端的脉冲输入计数方法，其采用输入的脉冲信号的电平状态作为中断的触发条件，并利用中断机制实现对脉冲输入进行计数。本发明提供的脉冲输入计数方法包括如下步骤：

S1：检测脉冲输出设备的接入状态，以使得专变终端可以接收到脉冲输出设备输入的脉冲信号。

S2：设置MCU的中断触发条件为接收到脉冲信号的上升沿和下降沿。

S3：为中断开始时刻设置预设时长的延迟，进而建立去除信号抖动的机制：

当满足中断的触发条件后的预设延迟周期内并未再次触发中断时，开始执行中断过程。

S4：注册中断处理进程，并对触发中断的脉冲的类型进行检测。

S5：根据检测到的脉冲的类型，做出如下判断：

(1)如果是下降沿，则将脉冲开始标志置位为高电平，并记录下降沿到达时间。

(2)如果是上升沿，则将脉冲结束标志置位为高电平，记录上升沿到达时间，并等待再次触发中断。

S6：判断脉冲开始标志和脉冲结束标志是否同为高电平，是则检测到一个完整的脉冲，并对脉冲进行计数。

S7：按照预设的采样周期获取脉冲计数的值和脉冲间隔计算脉冲功率，并完成电力数据统计。

作为本发明进一步的改进，步骤S1中，脉冲输出设备包括电能表以及其他采用脉冲进行计量的量测设备；脉冲输出设备与专变终端之间通过RS-485接口通信连接。

作为本发明进一步的改进，在步骤S2设置的MCU的中断触发条件中，定义检测到上升沿为中断开始的触发条件，检测到下降沿为中断结束的触发条件。

作为本发明进一步的改进，步骤S3中，当满足中断的触发条件后的预设延迟周期内再次触发中断时，则将再次触发的时刻作为中断的触发时刻，继续等待下一轮的延迟和判断。

作为本发明进一步的改进，步骤S5中，定义脉冲开始标志为flagL，脉冲结束标志为flagH，在初始状态下，flagL＝0，flagH＝0；当触发中断并检测到下降沿时，则将脉冲开始标志置位为1，即flagL＝1；当触发中断并检测到上升沿时，则将脉冲结束标志置位为1，即flagH＝1。

作为本发明进一步的改进，步骤S6中，检测完整脉冲的方法为：在每次置为脉冲结束标志为高电平后判断脉冲开始标志是否已经被置为高电平：

(1)若是，则确定检测到一个完整脉冲，对脉冲进行计数，并重置脉冲开始标志和脉冲结束标志为低电平。

(2)若否，则确定检测到的并非完整脉冲，丢弃检测结果，并重置脉冲结束标志为低电平。

作为本发明进一步的改进，步骤S7中，利用脉冲计数结果计算脉冲频率，并根据电能表的脉冲常数计算平均功率P，然后记录当日、当月功率的最大值和出现时间。其中，平均功率P的计算公式如下：

P＝3600f/Kp

上式中，f表示脉冲频率，单位为Hz，Kp为脉冲常识，表示每度电产生多少脉冲；单位为imp/kWh或Imp/kWh或p/kWh。

本发明还包括一种脉冲输入的计数模块，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，执行如前述的专变终端的脉冲输入计数方法的步骤，进而根据获取到的脉冲输出设备发送的脉冲信号，实现对脉冲进行计数并支持完成相关电力信息的计算和统计任务。

本发明还包括一种专变终端，其集成有如前述的脉冲输入的计数模块，进而在专变终端运行时创建出用于实现对脉冲输入进行计数的嵌入式系统。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

在传统的扫描采样的脉冲检测方案中，通常采样率越高，数据越准确。但是每次采样意味着MCU会被打断，采样率越高，MCU被中断得越频繁，这会影响处理芯片性能，增加了功耗，同时也影响芯片处理其它任务的时间。而本发明利用脉冲信号触发中断；通过检测脉冲开始和结束标志来统计脉冲数，并计算脉冲间隔循环迭代。

这种新的脉冲计数方案的中断频率不受定时器影响，而是取决于输入的脉冲信号的频率，当脉冲的频率较低时，不会对MCU造成中断。因此，本发明方案可以在改善MCU占有率和功耗的同时，保证记录的输入脉冲数据的准确性。

传统扫描采样的脉冲检测方案中，采样时刻并不一定可以和脉冲发生时刻重合，因此无法保证总能获得最准确的脉冲时间，而本发明方案采集的脉冲时间非常准确，并且简化了信号处理过程。

附图说明

图1为本发明实施例1中提供的一种专变终端的脉冲输入计数方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例1实现基于脉冲信号的中断触发过程的信号原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

在传统的脉冲检测方案中，专变终端通过定时器按照预设的采样频率不断发生采样信号，然后检测脉冲信号的电平变化，当检测到脉冲信号发生了电平变化时则记录响应的信号状态，并根据信号检测结果实现脉冲计数。在这种“扫描式”检测方法中，如果需要保证检测结果的精度，则需要定时器生成的采样信号的频率足够高，而这必然导致MCU被频繁中断，进而大幅提高专变终端的运行负荷和功耗。如果将采样信号的频率进行降低，则可能会导致脉冲信号的检测结果中丢失部分信号，导致脉冲计数结果不准确。

现有的大量设备中均采用了扫描式脉冲检测方案，部分新增设备也沿用了这种传统的检测方式。传统的检测方案在脉冲信号为高频信号(电力节点存在大功率用电负荷)时劣势并不明显，但是在脉冲信号为低频信号时，定时器仍需要按照预设的采样频率对MCU进行中断，并执行脉冲信号的电平状态检测，这无疑会影响MCU对其他任务的正常执行。

而在本实施例的方案中，提供了一种直接基于脉冲信号的电平状态进行中断的新的脉冲输入计数方法。该方案采用输入的脉冲信号的电平状态作为中断的触发条件，并利用中断机制实现对脉冲输入进行计数。具体地，如图1所示，本实施例提供的脉冲输入计数方法包括如下步骤：

S1：检测脉冲输出设备的接入状态，以使得专变终端可以接收到脉冲输出设备输入的脉冲信号。

脉冲输出设备包括电能表以及其他采用脉冲进行计量的量测设备；脉冲输出设备与专变终端之间通过RS-485接口通信连接。

S2：设置MCU的中断触发条件为接收到脉冲信号的上升沿和下降沿。本实施例中，定义检测到上升沿为中断开始的触发条件，检测到下降沿为中断结束的触发条件。

S3：为中断开始时刻设置预设时长的延迟，进而建立去除信号抖动的机制：

本实施例中，考虑到输入的脉冲信号中可能会包含毛刺干扰信号，这些毛刺信号的存在可能会导致中断过程被“错误地”频繁触发。本实施例在中断被触发时，设置了一个延时时间，只有当满足中断的触发条件后的预设延迟周期内并未再次触发中断时，才开始执行中断过程。

当满足中断的触发条件后的预设延迟周期内再次触发中断时，则说明之前触发重点的信号可能是毛刺干扰信号，而非是正常的脉冲。因此，本实施例在这种状态下会将再次触发的时刻作为中断的触发时刻，覆盖上一次中断处理过程，并继续等待下一轮的延迟和判断。

S4：注册中断处理进程，并对触发中断的脉冲的类型进行检测。

S5：如图2所示，根据检测到的脉冲的类型，做出如下判断：

(1)如果是下降沿，则将脉冲开始标志置位为高电平，并记录下降沿到达时间。

(2)如果是上升沿，则记录脉冲结束标志和下降沿到达时间，并等待再次触发中断。

定义脉冲开始标志为flagL，脉冲结束标志为flagH，在初始状态下，flagL＝0，flagH＝0；当触发中断并检测到下降沿时，则将脉冲开始标志置位为1，即flagL＝1；当触发中断并检测到上升沿时，则将脉冲结束标志置位为1，即flagH＝1。

S6：判断脉冲开始标志和脉冲结束标志是否同为高电平，是则检测到一个完整的脉冲，并对脉冲进行计数。

检测完整脉冲的方法为：在每次置为脉冲结束标志为高电平后(即：flagH＝1)，判断脉冲开始标志是否也已经被置为高电平(即：flagL＝1)：

(1)若是，则确定检测到一个完整脉冲，对脉冲进行计数，脉冲数量加1，然后再重置脉冲开始标志和脉冲结束标志，即令flagL＝0，flagH＝0。

(2)若否，则确定检测到的并非完整脉冲，丢弃检测结果，并重置脉冲结束标志，即：令flagH＝0。

S7：按照预设的采样周期获取脉冲计数的值和脉冲间隔计算脉冲功率，并完成电力数据统计。

本实施例中，脉冲间隔t＝1/f，单位是秒(s)，f表示脉冲频率，单位为Hz。专变终端完成的电力统计任务包括：利用脉冲计数结果计算脉冲频率，并根据电能表的脉冲常数计算平均功率P，然后记录当日、当月功率的最大值和出现时间。其中，平均功率P的计算公式如下：

P＝3600f/Kp

上式中，Kp为脉冲常识，表示每度电产生多少脉冲，单位为imp/kWh或Imp/kWh或p/kWh。例如，当脉冲常数是1000p/kWh，意思是每度电发出1000次脉冲，即每检测到1000次脉冲，可知已消耗了一度电。

实施例2

本实施例提供一种脉冲输入的计数模块，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，执行如实施例1的专变终端的脉冲输入计数方法的步骤，进而根据获取到的脉冲输出设备发送的脉冲信号，实现对脉冲进行计数并支持完成相关电力信息的计算和统计任务。

本实施例提供的脉冲输入的计数模块本质上是一种用于实现数据处理和指令生成的计算机设备，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。

实施例中提供的计算机设备嵌入式数据处理模块，也可以是能执行程序的智能终端、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器、处理器。

本实施例中，存储器(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。

在另一些实施例中，存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像处理器GPU(Graphics Processing Unit)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据。

实施例3

本实施例提供还包括一种专变终端，其集成有如实施例2的脉冲输入的计数模块，进而在专变终端运行时创建出用于实现对脉冲输入进行计数的嵌入式系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。