本发明提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法及系统，采用增加反馈信号线、分包发送、错误重发等三种措施；信号线为负荷辨识模块提供了向智能电能表的反馈通道；分包发送一方面降低了出错的几率，另一方面降低了重发的数据量；通过信号线和分包发送功能，为错误重发功能提供了可能，重发机制的加入，大大提高了传输的可靠性和波形采样的连续性。
1.一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，所述智能电能表包括用于采样数据的计量芯，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：智能电能表判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，执行步骤3；若未完成，则执行步骤2；
步骤2：智能电能表判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则重发缓存的N点采样数据，执行步骤3；若无短时高电平信号输入，则执行步骤3；
步骤3：智能电能表清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；
所述的信号反馈管脚为SIG管脚，所述的具有信号反馈管脚的SPI由将MISO信号线变换为SIG信号线得到；
S100：负荷辨识模块判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并执行S200；
S200：负荷辨识模块判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则执行S300；
S300：负荷辨识模块对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，其特征在于：所述步骤2可由以下步骤替代：智能电能表判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则判断当前重发次数是否大于最大重发次数R，若大于，则清除重发次数，执行步骤3；若当前重发次数小于等于最大重发次数R，则向负荷辨识模块重发缓存的N点采样数据，并当前重发次数加一，执行步骤3；若无短时高电平信号输入，则执行步骤3。
3.根据权利要求1所述的一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，其特征在于：采样点个数N为单次向负荷辨识模块发送的采样点个数，根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
4.根据权利要求2所述的一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，其特征在于：最大重发次数R根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
5.一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信系统，其特征在于：包括：
智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则重发缓存的N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；
负荷辨识模块，用于判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据；
其中，所述SPI接口具有反馈信号线，负荷辨识模块通过反馈信号线向智能电能表的计量芯反馈校验错误信息；
所述的反馈信号线由MISO信号线变换为SIG信号线得到。
6.根据权利要求5所述的一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信系统，其特征在于：所述智能电能表可由以下智能电能表替换：智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则判断当前重发次数是否大于最大重发次数R，若大于，则清除重发次数，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；
若当前重发次数小于等于最大重发次数R，则向负荷辨识模块重发缓存的N点采样数据，并当前重发次数加一，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样。
7.根据权利要求6所述的一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信系统，其特征在于：所述的单次向负荷辨识模块发送的采样点个数N和单次的最大重发次数R，根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法及
系统
技术领域
[0001] 本发明属于智能电能表通信技术领域，特别涉及一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法及系统。
背景技术
[0002] 在新发布的下一代智能电能表的规范初稿，明确了未来智能电能表的基础框架为“多芯模块化”，“多芯”即计量芯和管理芯，计量芯负责基础计量功能，要求可靠性高、寿命长；管理芯负责整表的管理任务，包括费控、显示、对外通信、数据记录等。“模块化”即按照统一接口型式接入电能表的扩展功能模块，包括上行通信模块、负荷辨识模块、多表集抄模块、有序充电模块、电能质量分析模块等。
[0003] 在该规范初稿中计量芯与负荷辨识模块的通信采用了一种阉割版的SPI模式，即去掉了MISO信号线。计量芯为主设备，负荷辨识模块为从设备。每当计量芯完成一次周波采样后，单方向将采样数据发送给负荷辨识模块，负荷辨识模块只接收数据，不需要向计量芯回复数据，当接收到周波数据后，进行校验，校验正确则进行计算分析，校验错误则丢弃此次接收的采样数据。这样设计主要是考虑到以下几个方面：一是负荷辨识模块的主要任务是对收到的数据进行解析，没有特别必要的信息向计量芯回复；二是波形采样数据产生较频繁且数据量偏大，单方向传输可以降低计量芯和负荷辨识模块的工作负载。
[0004] 但该方法存在以下缺陷：一是周波采样数据量较大，任一字节出错将导致整包校验失败，降低了通信成功率；二是当负荷辨识模块校验失败后，无法向计量芯进行任何反馈，计量芯也没有重发功能，不具备纠错机制，容易导致通信一旦出错，负荷辨识模块得到的波形采样数据不连续，影响计算分析。
发明内容
[0005] 发明目的：为解决现有通信方法中存在的通信成功率低、稳定性差等问题，本发明提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法及系统。
[0006] 技术方案：一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，所述智能电能表包括用于采样数据的计量芯，包括以下步骤：
[0007] 步骤1：智能电能表判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，执行步骤3；若未完成，则执行步骤2；
[0008] 步骤2：智能电能表判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则重发缓存的N点采样数据，执行步骤3；若无短时高电平信号输入，则执行步骤3；
[0009] 步骤3：智能电能表清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样。
[0010] 进一步的，步骤2可由以下步骤替代：
[0011] 智能电能表判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则判断当前重发次数是否大于最大重发次数R，若大于，则清除重发次数，执行步骤3；若当前重发次数小于等于最大重发次数R，则向负荷辨识模块重发缓存的N点采样数据，并当前重发次数加一，执行步骤3；若无短时高电平信号输入，则执行步骤3。
[0012] 进一步的，采样点个数N为单次向负荷辨识模块发送的采样点个数，根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
[0013] 进一步的，最大重发次数R根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
[0014] 进一步的，所述的信号反馈管脚为SIG管脚，所述的具有信号反馈管脚的SPI由将MISO信号线变换为SIG信号线得到。
[0015] 本发明还提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信方法，包括以下步骤：
[0016] S100：负荷辨识模块判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并执行S200；
[0017] S200：负荷辨识模块判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则执行S300；
[0018] S300：负荷辨识模块对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据。
[0019] 本发明提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块通信系统，包括：
[0020] 智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则重发缓存的N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；
[0021] 负荷辨识模块，用于判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据；
[0022] SPI接口，用于将负荷辨识模块接入智能电能表；
[0023] 其中，所述SPI接口具有反馈信号线，负荷辨识模块通过反馈信号线向智能电能表的计量芯反馈校验错误信息。
[0024] 进一步的，所述的反馈信号线由MISO信号线变换为SIG信号线得到。
[0025] 进一步的，所述智能电能表可由以下智能电能表替换：
[0026] 智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则判断当前重发次数是否大于最大重发次数R，若大于，则清除重发次数，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若当前重发次数小于等于最大重发次数R，则向负荷辨识模块重发缓存的N点采样数据，并当前重发次数加一，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样。
[0027] 进一步的，所述的单次向负荷辨识模块发送的采样点个数N和单次的最大重发次数R，根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
[0028] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0029] (1)本发明的计量芯采用分包发送采样数据的方式，无需等待周波采样完成后整包发送数据，一方面避免了现有技术中任一字节出错将导致整包校验失败的情况出现，降低出错几率，从而有效提高通信成功率；另一方面降低了重发的数据量；
[0030] (2)本发明通过增加信号线，为负荷辨识模块向计量芯反馈信息提供通道，当负荷辨识模块校验失败后，负荷辨识模块可及时向计量芯进行反馈，提高纠错能力；
[0031] (3)本发明的计量芯根据负荷辨识模块的反馈信号进行数据重发，较现有技术提高了通信的安全性和稳定性，且不会对计量芯和负荷辨识模块增加额外的工作负荷；
[0032] (4)本发明通过信号线和分包发送功能，为错误重发功能提供了可能，重发机制的加入，大大提高了传输的可靠性和波形采样的连续性。
附图说明
[0033] 图1为本发明的智能电能表计量芯与负荷辨识模块连接线示意图；
[0034] 图2为本发明的智能电能表计量芯执行步骤流程图；
[0035] 图3为本发明的负荷辨识模块执行步骤流程图。
具体实施方式
[0036] 现结合附图和实施例进一步阐述本发明的技术方案。
[0037] 如图1至图3所示，本实施例的通信方法，实现智能电能表与负荷辨识模块的通信，该智能电能表的基础框架为多芯模块化，包括负责基础计量的计量芯、负责整表的管理任务的管理芯，以及用于将扩展功能模块接入电能表的外围串行设备接口SPI。该扩展功能模块包括但不限于上行通信模块、负荷辨识模块、多表集抄模块、有序充电模块和电能质量分析模块；SPI全称Serial Peripheral Interface，即外围串行设备接口，工作模式分为主模式和从模式两种，工作在主模式的为主设备，工作在从模式的为从设备。硬件结构由四条线组成：MISO–主设备数据输入，从设备数据输出；MOSI–主设备数据输出，从设备数据输入；SCLK–时钟信号，由主设备产生；CS–从设备使能信号，由主设备控制。本实施例针对以计量芯为主设备，以负荷辨识模块之间的通讯，提出以下步骤的通讯方法，其包括以下步骤：
[0038] 步骤1：通过将外围串行设备接口SPI中的MISO信号线变换为SIG信号线，用于将负荷辨识模块接入智能电能表，即以负荷辨识模块为输出，以计量芯为输入；
[0039] 步骤2：根据外围串行设备接口SPI的通信速率、周波采样点数等信息，综合评估计算单次发送的采样点个数N和重发次数R；例如：我国交流电频率为50Hz，完成周波采样共需20ms，以SPI通信速率2Mbps、周波采样点数128为例，选择单次发送采样点个数N为32，完成
32点采样共需4ms，发送32点采样数据共需约0.15ms，负荷辨识模块处理采样数据需要约
1ms，计量芯监测SIG信号并启动重发需要约1ms，则在下一次32点采样完成前(即4ms时间内)，至少可以重发两次，即重发次数R＝2；
[0040] 步骤3：判断计量芯是否完成N点采样，若完成，则计量芯向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，并计量芯清除采样完成标志，重新进行N点采样，执行步骤3；否则监测SIG管脚的电平状态，判断是否有短时高电平信号输入，若监测到有短时高电平信号输入时，则判断当前重发次数是否大于R，若超过，则清除重发次数，并计量芯清除采样完成标志，重新进行N点采样，执行步骤3；若当前重发次数小于等于R，则将缓存的N点采样数据向负荷辨识模块进行重发，并当前重发次数加一，清除采样完成标记，重新进行N点采样，执行步骤3；若没有监测到有短时高电平信号输入时，则清除采样完成标记，重新进行N点采样，执行步骤3。
[0041] 与此同时，负荷辨识模块判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则负荷辨识模块拉低SIG管脚，并判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则对N点采样数据进行校验，若数据校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若数据校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据，告知计量芯进行数据重发。
[0042] 基于上述通讯方法，提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信系统的实施例，包括：
[0043] 智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则重发缓存的N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；
[0044] 负荷辨识模块，用于判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据；
[0045] SPI接口，用于将负荷辨识模块接入智能电能表；该SPI接口具有反馈信号线，负荷辨识模块通过反馈信号线向智能电能表的计量芯反馈校验错误信息。
[0046] 本实施例提及的反馈信号线由MISO信号线变换为SIG信号线得到。
[0047] 基于上述通讯方法，提出了一种基于SPI的智能电能表与负荷辨识模块的通信系统的实施例，包括：
[0048] 智能电能表，内置用于采样数据的计量芯，用于判断计量芯是否完成N点采样数据的采样，若完成，则通过具有信号反馈管脚的SPI向负荷辨识模块发送N点采样数据并缓存N点采样数据，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若未完成，则判断信号反馈管脚是否有短时高电平信号输入，若有短时高电平信号输入，则判断当前重发次数是否大于最大重发次数R，若大于，则清除重发次数，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若当前重发次数小于等于最大重发次数R，则向负荷辨识模块重发缓存的N点采样数据，并当前重发次数加一，清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样；若无短时高电平信号输入，则清除采样完成标志，重新进行N点采样数据的采样。
[0049] 负荷辨识模块，用于判断是否接收到采样数据，若未接收到采样数据，则继续等待；若接收到采样数据，则拉低SIG管脚，并判断是否已接收完成N点采样数据，若未完成N点采样数据的接收，则继续接收；若负荷辨识模块完成N点采样数据的接收，则对N点采样数据进行校验，若校验正确，则进行数据分析计算，清接收数据标志；若校验错误，则负荷辨识模块在SIG管脚输出一个短时高电平脉冲，清空接收数据；
[0050] SPI接口，用于将负荷辨识模块接入智能电能表；该SPI接口具有反馈信号线，负荷辨识模块通过反馈信号线向智能电能表的计量芯反馈校验错误信息。
[0051] 本实施例提及的反馈信号线由MISO信号线变换为SIG信号线得到。
[0052] 上述提及的单次向负荷辨识模块发送的采样点个数N和单次的最大重发次数R，根据SPI的通信速率和周波采样点数确定得到。
[0053] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
[0054] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
