(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111028495 A(43)申请公布日 2020.04.17
(21)申请号 201911240531.7(22)申请日 2019.12.06
(71)申请人 中国电力科学研究院有限公司
地址 100192 北京市海淀区清河小营东路
15号(72)发明人 姜洪浪 王晓东 段晓萌 左嘉
赵婷 王爽 (74)专利代理机构 北京工信联合知识产权代理
有限公司 11266
代理人 姜丽楼(51)Int.Cl.
G08C 17/02(2006.01)G01R 35/04(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
(54)发明名称
一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法及装置(57)摘要
本发明公开了一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法及装置，属于无线通信技术领域。本发明方法包括：检定台体获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址；检定台体进行定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接；检定台体通过蓝牙向待检定电能表发送启动检表命令，当检定台体接收到应答帧后，切换为私有无线工作模式，检定台体启动校验，检定待检定电能表。本发明的所涉及的技术能在不新增台体设备的情况，适应下一代多芯模组化智能电能表的检定，同时在检定精度和检定产能上不弱于现有的辅助端子方式。
CN 111028495 ACN 111028495 A
权 利 要 求 书
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1.一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法，所述方法包括：检定台体获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址；
检定台体进行定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接；
检定台体通过蓝牙向待检定电能表发送启动检表命令，当检定台体接收到应答帧后，切换为私有无线工作模式，检定台体启动校验，检定待检定电能表。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的方法还包括：待检定电能表以预设步进扩展多个非标信道。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：待检定电能表进行初始化，设置电能表的蓝牙地址，并进行广播蓝牙地址。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：待检定电能表接收到启动检表命令后，对启动检表命令进行解析，获取蓝牙脉冲频率，输出相同蓝牙脉冲频率的蓝牙脉冲信号，根据蓝牙脉冲信号生成应答帧，并切换为私有无线工作模式。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：检定台体启动校验后，检定台体输出检定信号，待检测电能表接收到检定信号后，使用非标信道向检定台体传输蓝牙脉冲信号，并控制待检定电能表蓝牙脉冲信号为定频功率。
6.根据权利要求1所述的方法，所述当检定台体接收到应答帧后，对应答帧进行解析，生成解析信息；
所述解析信息包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的方法，所述通信信息使用检定台体的RS485 接口进行传输。8.一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的装置，所述装置包括：蓝牙模块，获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址，定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接，向待检定电能表发送启动检表命令，收到待检定电能表的应答帧后切换为私有工作模式，并将应答帧传输至接口模块；
接口模块，接口模块接收应答帧，并对应答帧进行解析，获取解析信息并传输至校表台体；
校表台体，根据解析信息，启动校验，检定待检定电能表。9.根据权利要求8所述的装置，所述解析信息，包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。
10.根据权利要求8所述的装置，所述接口模块，包括：RS485接口，传输通信信号；时钟接口，传输时钟脉冲信息；有功脉冲接口，传输有功脉冲接口；无功脉冲接口，传输无功脉冲接口；谐波脉冲接口，传输谐波脉冲接口
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权 利 要 求 书
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电源接口，连接电源。
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说 明 书
一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法及装置
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技术领域
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，并且更具体地，涉及一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法及装置。
背景技术
[0002]目前智能电能表在台体或自动线上检表时，采用常用的通信方式为RS485、脉冲输出方式为辅助端子，而在下一代多芯模组化智能电能表设计中，取了消辅助端子，使用蓝牙替代RS485通信，LED光脉冲替代辅助端子脉冲，在此背景下，如果台体或自动线全部将脉冲接收装置改为光信号接收头，存在改造成本高、周期长、光信号对孔难得问题，为了降低设备改造成本和难度，尽可能的兼容目前的台体或自动线检定方式，考虑使用蓝牙数据发送和接收替代原辅助端子信号输出和接收，同时保留标准的蓝牙通信功能，在实现脉冲信号检定的同时，仍支持电能表和台体、自动线之间的快速的通过蓝牙进行数据交互。[0003]蓝牙工作在2.4G-2.48G频段范围内，以2M为一个步进，将整个工作频段划分为40个信道，通过软件协议栈的信道跳频机制来实现多蓝牙工作场景下的通信防冲突，蓝牙跳频机制中带有动态延时同步功能，其物理层数据帧之间最大延时可能达到10ms，且不是固定的，通过标准蓝牙发送脉冲数据来实现精度检定是不能满足电能表检定要求。如对于计量脉冲检定来说，以10(100)A为例，假设脉冲常数为1200imp/kWh，在1.2Imax情况下，每个脉冲时间为113ms，按60ms脉宽，则脉冲间隔为50ms，意味着50μs会导致0.01％误差，10ms则会造成2％的误差，已超过了2级电能表误差检定最大限值。对于电能表日计时脉冲来说，其要求更加苛刻，0.115μs就能导致0.01s/d的日计时误差。基于以上原因，电能表用标准的蓝牙协议栈实现脉冲检定在技术不可行，同时当多台电能表同时发送基于蓝牙天线的无线信号时，会存在偶发性的同频信道冲突，导致数据脉冲丢失的情况，考虑到目前生活中各类蓝牙设备的大量使用，如手环、耳机、手机蓝牙等，应假设蓝牙的干扰信号的来源是多方面、难于控制的这一客观事实。[0004]综上所述，在带蓝牙功能的电能表实现蓝牙脉冲检定功能，应至少解决蓝牙脉冲信号延时误差传输、蓝牙信道冲突这两个核心问题，用以满足多表位同时的检表。发明内容
[0005]针对上述问题，本发明提出了一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法，包括：[0006]检定台体获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址；
[0007]检定台体进行定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接；
[0008]检定台体通过蓝牙向待检定电能表发送启动检表命令，当检定台体接收到应答帧后，切换为私有无线工作模式，检定台体启动校验，检定待检定电能表。[0009]可选的，方法还包括：
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说 明 书
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待检定电能表以预设步进扩展多个非标信道。
[0011]可选的，还包括：
[0012]待检定电能表进行初始化，设置电能表的蓝牙地址，并进行广播蓝牙地址。[0013]可选的，还包括：
[0014]待检定电能表接收到启动检表命令后，对启动检表命令进行解析，获取蓝牙脉冲频率，输出相同蓝牙脉冲频率的蓝牙脉冲信号，根据蓝牙脉冲信号生成应答帧，并切换为私有无线工作模式；[0015]可选的，还包括：检定台体启动校验后，检定台体输出检定信号，待检测电能表接收到检定信号后，使用非标信道向检定台体传输蓝牙脉冲信号，并控制待检定电能表蓝牙脉冲信号为定频功率。[0016]可选的，当检定台体接收到应答帧后，对应答帧进行解析，生成解析信息；[0017]所述解析信息包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。[0018]可选的，通信信息使用检定台体的RS485接口进行传输。
[0019]本发明还提出了一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的装置，包括：[0020]蓝牙模块，获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址，定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接，向待检定电能表发送启动检表命令，收到待检定电能表的应答帧后切换为私有工作模式，并将应答帧传输至接口模块；[0021]接口模块，接口模块接收应答帧，并对应答帧进行解析，获取解析信息并传输至校表台体；
[0022]校表台体，根据解析信息，启动校验，检定待检定电能表。[0023]可选的，解析信息，包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。[0024]可选的，接口模块，包括：[0025]RS485接口，传输通信信号；[0026]时钟接口，传输时钟脉冲信息；[0027]有功脉冲接口，传输有功脉冲接口；[0028]无功脉冲接口，传输无功脉冲接口；[0029]谐波脉冲接口，传输谐波脉冲接口[0030]电源接口，连接电源。
[0031]本发明的所涉及的技术能在不新增台体设备的情况，适应下一代多芯模组化智能电能表的检定，同时在检定精度和检定产能上不弱于现有的辅助端子方式。附图说明
[0032]图1为本发明一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法流程图；
[0033]图2为本发明一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法使用蓝牙脉冲传递信号进行检定原理图；
[0034]图3为本发明一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的装置结构图。
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说 明 书
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具体实施方式
[0035]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。
[0036]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。
[0037]本发明用于通过蓝牙在台体或自动线上实现对电能表计量和日计时精度的批量快速检定。
[0038]为实现低延时的脉冲传递，本发明通过指定频率信道的方式，在物理层上直接发送数据，实现低延时脉冲传递、对蓝牙工作信道数量进行扩展，以满足多个表位的共同检定要求，同时通过控制蓝牙发射功率和实施蓝牙私有协议和标准协议交叉复用，本发明较好地解决了智能电能表辅助端子取消后，多表位同时使用标准蓝牙技术检表面临的高延时、精度跳变、信道冲突等问题。
[0039]本发明提出了一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的方法，如图1所示，包括：[0040]为待检定电能表以预设步进扩展多个非标信道；[0041]待检定电能表进行初始化，设置电能表的蓝牙地址，并进行广播蓝牙地址；[0042]检定台体获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址；
[0043]检定台体进行定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接；
[0044]检定台体通过蓝牙向待检定电能表发送启动检表命令，当检定台体接收到应答帧后，切换为私有无线工作模式；
[0045]待检定电能表接收到启动检表命令后，对启动检表命令进行解析，获取蓝牙脉冲频率，输出相同蓝牙脉冲频率的蓝牙脉冲信号，根据蓝牙脉冲信号生成应答帧，并切换为私有无线工作模式；
[0046]检定台体启动校验，检定台体启动校验后，检定台体输出检定信号，待检测电能表接收到检定信号后，使用非标信道向检定台体传输蓝牙脉冲信号，并控制待检定电能表蓝牙脉冲信号为定频功率，根据定频功率的待检定电能表蓝牙脉冲信号检定待检定电能表。[0047]若检定台体预设的时间内接收到待检定电能表的蓝牙脉冲信号，确定待检定电能表无故障；
[0048]若检定台体预设的时间内没有接收到待检定电能表的蓝牙脉冲信号，确定待检定电能表故障、检定台体故障和连接故障邓故障中的一种或者多种。[0049]当检定台体接收到应答帧后，对应答帧进行解析，生成解析信息；[0050]所述解析信息包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。
[0051]通信信息使用检定台体的RS485接口进行传输。
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说 明 书
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本发明使用蓝牙脉冲传递信号进行检定，原理图如图2所示；
[0053]检定台体(多表位台体或自动化线)蓝牙和电表蓝牙，需切换蓝牙模式到私有无线校表模式，并配置射频参数，主要是配置频点，接入地址等参数。
[0054]待检测电能表蓝牙模块配置相应的脉冲输入GPIO口为中断边沿触发模式，中断的方式较轮询的方式，实时性更高，传递的延时误差(小于1μs)很小。当有脉冲信号输入时，电表蓝牙模块通过GPIO口检测脉冲的上升沿和下降沿，然后电表蓝牙模块在中断函数里，根据相应的脉冲类型，把上升沿和下降沿分别取不同的数字信号(例如：有功脉冲上升沿是0x06，有功脉冲下降沿是0x05；无功脉冲上升沿是0x16，无功脉冲下降沿是0x15；正向谐波脉冲上升沿是0x26，正向谐波脉冲下降沿是0x25；反向谐波脉冲上升沿是0x36，反向谐波脉冲下降沿是0x35；时钟脉冲上升沿是0x50，时钟脉冲下降沿是0x51)，加载到蓝牙PHY射频上，发送到台体蓝牙端。
[0055]检定台体蓝牙收到数据后，根据不同的数据，在对应的管脚上输出电平，保证还原后信号跟原始信号保持一致。
[0056]本发明解决了蓝牙脉冲防冲突的问题：
[0057]待检定电能表除标准的2.4G-2.48G频段范围内的40个信道外，还额外对蓝牙模块扩展多个非标信道，主要集中在2.36G-2.4G、2.48G-2.5G之间，非标的信道可以用1M或2M做步进，这些非标信道和标准信道将用来统一分配给不同的表位和不同的台体，确保小空间范围内信道不冲突。
[0058]在验表状态控制时候，将待检定电能表的蓝牙模块发射功率控制住最小状态，确保有效的通信距离不超过1米内，以防止多个台体或在电能表的检定自动线上出现信道冲突。
[0059]通过分配信道和控制发射功率，基本上能确保脉冲信号不冲突，但在实际应用过程中，干扰是不可避免，为防止在极端情况下的信道冲突，蓝牙防冲突机制中加入一种动态调整信道和延时调整机制，即当台体或者自动线发现脉冲信号有丢失现象，且重复校验仍有脉冲丢失情况时，台体或自动线会启用备用信道，备用信道和当前分配的信道需要有一定的间隔，可切换3次。当分配的信道和备用信道都有冲突发生时，启用延时调整机制，发送一个延时参数给电能表蓝牙模块，电能表蓝牙模块接收电能表脉冲信号后，通过软件将脉冲延时发送，一般典型值是以2ms为步进，重复尝试多次即可，如果调整延时后仍然不能有效避免干扰，则认为电能表有故障或者认为检表环境可能不符合检定要求。[0060]蓝牙检定需要绕开蓝牙标准协议栈工作，以实现低延时脉冲传递，但在台体或自动线的检定过程中，除了计量脉冲和日计时外，有大量数据需要通过蓝牙进行通信，为满足脉冲检定和蓝牙通信的共存需求，防冲突机制在软件上实现私有协议和标准蓝牙协议的灵活交互复用。电能表在上电后默认关闭私有协议，开启标准蓝牙协议，台体通过蓝牙通信实现数据通信，在脉冲检定时，控制电能表进入私有协议状态，同时断开蓝牙标准连接，关闭跳频机制，当检定完后，台体通过私有协议或台体自动线重新上电来控制电能表恢复默认协议状态。
[0061]当用蓝牙通信方式进行检定电能表时，因为目前的智能电能表检定装置通信方式常用的为RS485，故需要增加蓝牙转RS485台体工装并进行台体改造，其中蓝牙通信需增加为检定电能表增加的通信协议。
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说 明 书
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在已有的智能电能表检定装置上安装蓝牙转RS485台体工装，一只表位配对一只
蓝牙转RS485台体工装，蓝牙转RS485台体工装输入电源采用DC5V，输出4路信号：一路RS485、一路时钟、一路有功脉冲、一路无功脉冲、一路谐波，用2.54mm双排插座。[0063]本发明方法可用于多表位检定：
[0064]将蓝牙工作模式改为私有无线工作模式，无线定频：为实现统一的校表和检表流程，可通过新一代电能表扩充的标准698帧【F20B的方法128】发校表命令，将蓝牙工作模式改为私有无线工作模式，并同时固定无线频率，实现定频，来解决蓝牙自动跳频，频段占用干扰问题。
[0065]降低功率：电能表管理芯接收到启动校表命令后，将电能表蓝牙模块的MODE管脚置低电平，使电能表蓝牙模块处于工厂模式，在工厂模式下，电能表蓝牙模块置发送功率为最低。
[0066]台体蓝牙发送功率始终为最低，并根据现场情况调整发送和接收耦合参数，使台体蓝牙和电能表蓝牙之间只可以在1米内通信。
[0067]本发明还提出了一种基于低功耗蓝牙通信检定电能表的装置，如图3所示，包括：[0068]蓝牙模块，获取待检定电能表的蓝牙地址，并根根电能表的蓝牙地址定向配置连接的连接地址，定向扫描待检定电能表的蓝牙地址，通过连接地址与蓝牙地址，建立与待检定电能表的连接，向待检定电能表发送启动检表命令，收到待检定电能表的应答帧后切换为私有工作模式，并将应答帧传输至接口模块；[0069]接口模块，接口模块接收应答帧，并对应答帧进行解析，获取解析信息并传输至校表台体；
[0070]校表台体，根据解析信息，启动校验，检定待检定电能表。[0071]解析信息，包括：通讯信息、时钟脉冲信号、有功脉冲信号、无功脉冲信号和谐波脉冲信号。
[0072]接口模块，包括：[0073]RS485接口，传输通信信号；[0074]时钟接口，传输时钟脉冲信息；[0075]有功脉冲接口，传输有功脉冲接口；[0076]无功脉冲接口，传输无功脉冲接口；[0077]谐波脉冲接口，传输谐波脉冲接口[0078]电源接口，连接电源。
[0079]本发明的所涉及的技术能在不新增台体设备的情况，适应下一代多芯模组化智能电能表的检定，同时在检定精度和检定产能上不弱于现有的辅助端子方式。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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