电表综合系统及方法与流程

本发明涉及电表综合系统及方法。

背景技术：

1、现有电表通过采集器进行数据采集，传统只是对其中一部分进行改进，没有进行各部综合改进实现整套系统的升级换代。

2、现有的具备远程升级的电表固件一般由boot和app两部分组成。升级时，需要将老的app部分固件替换更新为新的app固件。目前普遍采用的方法是先将新的app固件按照固定长度拆分为若干个包，然后通讯主站上位机将所有的数据包采用通讯方式逐个传输给电表，接着电表将接收到的数据包保存到外部dataflash，当接收完所有的数据包并且验证其正确性和完整性后，再用外部dataflash的升级数据包逐个替换mcu内部老的app数据包，最后完成升级。

3、传统的升级方法采用新app固件数据包全部传输和替换，没有对新app固件中无用的数据包进行甄别，如果在固件app升级数据包传输和替换阶段判断哪些是程序没有使用的数据包代码，对于没有使用的代码数据包，上位机不用再传输，mcu也不用再替换，则整个升级流程可以节省不少的步骤和时间。

4、当前各种各样的嵌入式系统已经深入我们的生产和生活中，当嵌入式系统app由于功能上的瑕疵或者功能需要迭代升级，如果此时嵌入式系统具备远程升级的功能，则会令此设备更具生命力，也就更能吸引客户。但是目前传统的升级方法是不管mcu的app代码空间有没有被占用完，通讯主站都是将全部的app数据包(包括没有用到的空间代码)下传，mcu也是将全部的升级数据包(包括没有用到的空间代码)覆盖替换，这样浪费了大量的升级时间。

5、现有采集器的看门狗电路应用时的最大缺点是以一些采集终端为例的大型操作系统在刚上电时存在信号滞后而导致的复位现象，另外因为采集器工作环境多为复杂的室外环境，接受电磁干扰导致喂狗信号输出异常的情况较为常见，此时一旦受到环境干扰立马机械式复位现场作业终端可能会对产品的正常运行带来巨大影响。此时就需要设计一款对嵌入式操作系统复位时长或供电时长能够进行灵活配置的外部看门狗电路。

6、在因工作场景需要，智能电表的液晶屏幕有时需要持续显示，会给电表内置电池带来极大的压力，可能导致使用寿命缩短。为了解决这个难题，常见的做法是利用外接超级电容器、额外的电池或其他备用电源来延长电表内电池的使用寿命。在其使用过程中，申请人发现技术问题——如何在有外部交流电供电、额外电池(或超级电容器、储能电源)和内置电池之间进行智能切换。

7、为了解决上述技术问题，首先，通过电表自动识别并优先使用外部交流电源；其次是额外电池(或超级电容器、储能电源)，最后才是内置电池。

8、在申请人进一步研发过程中发现技术问题是，需要考虑到不同电源的电压和电流差异，如何保证切换电路的适应性和稳定性。最后，为了满足长期使用的需求，切换电路还需要具备低功耗和高可靠性。

9、为此，需要一种高效的电池切换电路来实现。

10、鉴于可实现电池切换电路的思路主要以下两种：1.软件检测控制：此方法依赖于微控制单元(mcu)进行周期性的电源状态检查，并根据检查结果执行电池切换。然而，这种方法的一个主要缺点是它可能无法即时响应电源变化，从而导致电池切换的延迟和不流畅。2.分立复杂硬件逻辑控制：这种方法利用复杂的硬件逻辑来直接控制电池切换。虽然它能够提供更快速的响应速度，但它的缺点也很明显：功耗大、电压控制精度低等。在此提出一种以mos管和稳压管为基础，可实现电池电路的硬切换的电路。

11、继电器是一种具有隔离功能的自动开关元件，可以实现用小电流控制大电流，通常用于自动控制系统电路中，在电路中起到自动调节、安全保护、转换电路等作用。

12、外置继电器设有信号线连接电网输入端，在电能表应用现场负责控制电网输入端的打开或关断。在电能表使用过程中，可能需要控制其拉合闸。而电表拉闸后，反馈检测电路会立刻检测到电平变化，将该信号转换成拉闸事件记录发送并存储到电表处理器。当控制其关断的信号发送出去后，工作人员无法从外观上判断其是否真正关断，此时可以通过抄读继电器拉闸记录来检测继电器是否真正的关断；而且在电表使用过程中，工作人员也无法做到人为的去观察并记录每一次拉闸。因此，设计一种继电器状态自动检测电路及基于自检电路的控制电路是非常有必要的。

13、在智能电表的研发设计过程中，近红外通讯的功能已经广泛应用在海外及国内的各个市场。目前应用较为广泛使用的近红外系统电源是3.3v的，不能满足系统电源是5v的情况。就此，为了满足5v系统电源的近红外通讯，所以要对目前广泛使用的近红外电路进行改进与创新，来满足智能电表在海外市场的需求。目前通用的近红外通讯电路存在以下的缺点：1、无法满足系统电源是5v情况下的红外通讯；2、通讯速率较为低，遇到障碍物时，通讯就会中断；3、将目前3v系统电源的红外通讯电路应用在5v系统电源中，可能导致mcu系统收到干扰，造成芯片的损坏。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种电表综合系统及方法，使得远程升级mcu app固件代码时，花更少的步骤和时间能达到同样的升级效果。特别是对于不使用的app空间代码省略通讯主站下传和mcu覆盖，节约升级时间，提高升级效率。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明涉及电表综合系统及方法，其包括电池供电电路及电能表；电池供电电路，用于给电能表供电；电能表电连接有继电器电路，继电器电路用于电连接电网。本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

4、一种用于采集器的可控复位时长的高可靠性外部看门狗电路，包括pwm发送管脚wdia，复位管脚rst，逻辑计数器d1a，mos管q1a、q2a，电容c1a、c3a、c4a、c5a，电阻r1a、r5a、r6a、r7a，供电电源vcc、vdd、gnd；

5、其中，pwm发送管脚wdia连接电阻r1a、电容c1a；电阻r1a另一端连接供电电源vcc；

6、电容c1a接逻辑计数器d1a-rst；

7、逻辑计数器d1a-vcc连接供电电源vcc、电容c3a，电容c3a另一端连接gnd，逻辑计数器d1a-q1a3连接复位管脚rst，复位管脚rst连接电阻r5a、mos管q2a栅极，mos管源极连接gnd，mos管q1a漏极连接电阻r7a，电阻r7a另一端连接供电电源vdd，电阻r5a另一端连接电阻r6a、mos管q1a栅极，mos管q1a漏极连接电容c4a、供电电源vdd，电容c4a另一端连接gnd，mos管q1a源极连接电阻r6a另一端、电容c5a、供电电源vcc，电容c5a另一端连接gnd。

8、为实现多路供电，其通过pmos管实现供电控制，优先为外部供电，一种硬件切换的电池供电电路，电池供电电路包括电连接的外部供电电路、停电抄表供电电路及时钟供电电路；

9、外部供电电路，外部交流电供电端vmain+；外部交流电供电端vmain+通过反接稳压二极管dv4b、分压电阻rv5b后，分三路，第一路通过分压电阻rv4b接地，第二路通过开关二极管dv1电连接dvdd端；第三路接power_battery_ctr点电压钳位；

10、停电抄表供电电路，包括停电抄表电池g2b；停电抄表电池g2b通过开关二极管dq4b接稳压器uq2b输入端1脚，稳压器uq2b输入端1脚及输出端3脚分别通过瓷片电容cu9b、ck4b接地；稳压器uq2b输出端3脚通过接pmos管qk6b、开关二极管dq5b电连接dvdd端；

11、pmos管qk6b的g端通过电阻rk22b接power_battery_ctr；

12、时钟供电电路，包括时钟电池bat2b；时钟电池bat2b通过开关二极管dq11b、pmos管qk7b、开关二极管dq12b电连接dvdd端；

13、pmos管qk7b的g端通过电阻rk23b接power_battery_ctr。

14、作为上述技术方案的进一步改进：

15、为了合理布置，实现多种策略设定，电池供电电路具有第一供电策略状态、第二供电策略状态及第三供电策略状态。

16、第一供电策略状态为外部供电电路、停电抄表电池g2b、时钟电池bat2b同时接入；

17、外部供电电路导通处于对mvdd供电的状态；

18、在pmos管qk6b中，g极电压钳位电压大于s极电压，导通压降vgs＞vgs(th)，pmos管qk6b处于截至状态，停电抄表电池g2b处于停止对mvdd供电的状态；

19、在pmos管qk7b中，g极电压钳位电压大于s极电压，导通压降vgs＞vgs(th)，pmos管qk7b处于截至状态，时钟电池bat2b处于停止对mvdd供电的状态。

20、第二供电策略状态为智能电表无外部供电电路供电，停电抄表电池g2b、时钟电池bat2b同时接入；

21、power_battery_ctr点电压处于低电平，时钟电池bat2b、电池停电抄表电池g2b处于对mvdd供电的状态；

22、在pmos管qk6b中，g极电压钳位电压小于s极电压，导通压降vgs＜vgs(th)，pmos管qk6b处于导通状态，

23、此时qk7b的g极电压为0v，s极电压3.4v，此时pmos管的导通压降vgs＞vgs(th)，pmos管处于导通状态；

24、在停电抄表电池g2b对mvdd供电电压大于时钟电池bat2b对mvdd供电电压状态时，停电抄表电池g2b处于对mvdd供电的状态。

25、第三供电策略状态为智能电表无外部供电电路供电，停电抄表电池g2b与时钟电池bat2b择一接入状态；

26、当为停电抄表电池g2b电池单独存在状态时，pmos管qk6b的g极电压为0v，pmos管qk6b的导通压降vgs＜vgs(th)，处于导通状态，停电抄表电池g2b处于对mvdd供电的状态；

27、当为停电抄表电池g2b电池单独存在状态时，

28、时钟电池bat2b，经过dq11b、dq12b分压为mvdd进行供电，

29、pmos管qk7b的g极电压为0v，pmos管qk7b的导通压降vgs＞vgs(th)，pmos管处于导通状态，时钟电池bat2b处于对mvdd供电的状态。

30、本发明通过硬件控制的方法来控制电源的导通与关断，可节省mcu的i/o口资源。外部电源输入范围宽，通过调节dv4b的稳压值以及rv5b、rv6的电阻值vmain+输入范围可在一定范围内拓展，具有很高的灵活性。低功耗，与传统的硬件逻辑控制相比，基于mos管的开关解决方案具有更低的功耗，能够延长设备的使用寿命。

31、为了实现对继电器的控制，本发明提供一种外置继电器反馈检测电路，反馈检测电路包括三极管qt3，分压电阻rt86、rt85，下拉电阻rt87，二极管dt81及电容ct80、ct81；

32、三极管qt3的基极通过分压电阻rt86接用于外接交流电的feedback引脚；三极管qt3的基极与发射极之间并联有分压电阻rt85、反接的二极管dt81及电容ct80；三极管qt3的发射极接地；

33、三极管qt3的集电极分别通过电阻rt84接入dvdd且通过下拉电阻rt87接feedbacktset引脚；电阻rt87输出端还通过电容ct81接地。

34、作为上述技术方案的进一步改进：

35、为了实现进行各状态分析，当feedback处交流电处于电压正半周期状态时，三极管qt3处于导通状态，feedback test点的电压为低电平。

36、当feedback处交流电处于电压负半周期状态时，三极管qt3处于截至状态，feedback test点的电压为高电平；在交流电从负半周期转换为正半周期状态时，feedbacktest点电压处于持续下降状态，在整个周期feedback test点处于高电平状态。

37、当feedback处处于外部无输入状态时，三极管qt3截止，feedback test点始终为dvdd电平，电表处理器检测到feedback test引脚低电平时，定义记录为一次跳闸事件。

38、为了提供一种具有反馈检测的控制电路，一种控制电路，包括继电器电路及与继电器电路电连接的如上述的外置继电器反馈检测电路。

39、作为上述技术方案的进一步改进：

40、为了实现对继电器的，继电器电路包括继电器组件；继电器组件具有控制线圈及执行开关；执行开关具有输入端以及电连接feedback的输出端；

41、控制线圈电连接有三极管qt1及芯片u1；

42、在芯片u1中，输入端电连接有电源dvdd，输出端分三路，第一路电连接feedbacktest，从而实现电路反馈，第二路电连接sda通道，第三路通过relay on/off control及电阻rw2接三极管qt1的基极；

43、在三极管qt1中，基极通过电阻rw1接地，发射极接地，集电极接地控制线圈一端，控制线圈另一端接电压vcc，在线圈两端之间接有隔离二极管dw1。

44、本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。本发明通过反馈方式检测继电器状态具有实时性，当外部输入断开后feedback处立刻变为低电平，并传输信号给处理器记录该事件，可以精确记录拉闸或合闸事件的时间点。本发明可自动记录跳闸事件，便于电表工作情况的查看与维护。

45、在智能电表的设计中，该近红外通讯电路适用于5v的电源系统，能够保证停电下的功耗与单片机的正常工作，适用智能电表的系统电源是5v的近红外通讯，抗干扰能力强，通讯速率较快，能够适用多种波特率，300～9600bps；安全可靠、使用便捷；线路简单，成本低廉，灵敏度高，具有很强的适应性和实用性。

46、本发明对于内部flash执行擦除后的数据是“00”和“ff”的两种类型mcu，本发明都能使得没有使用的mcu程序空间代码不再传输和覆盖替换，节约了远程升级的时间。本发明远程升级对于没有使用的程序空间代码的通讯传输和替换的简化处理。对于mcu内部flash擦除后是全“00”的mcu，在数据包下传写外部flash和从外部flash读出覆盖mcu内部程序空间两个步骤时，对数据取反处理。使得升级简化流程能顺利实施。

47、本发明设计了一种用于采集器的可控复位时长的高可靠性外部看门狗电路，该电路在输出端可对嵌入式系统复位时长或供电时长进行灵活配置，在输入端接入一阶cr无源高通滤波电路，保证该复位系统的高可靠性，可避免受到外部环境干扰时或者本身嵌入式系统程序跑飞时造成的看门狗电路异常复位。该电路设计新颖合理，使用价格低廉的逻辑计数器添加外围rc电路搭建而成，取代价格昂贵的外部看门狗器件，同时又具备逻辑器件灵活定时的优点，大大提高了嵌入式系统复位和重启操作时的有效性和可靠性。该方案适用于各类采集终端及更加广泛的嵌入式操作平台的推广使用。

48、该种用于采集器的可控复位时长的高可靠性外部看门狗电路包含一阶cr无源高通滤波电路、定时复位电路和复位输出控制上断电电路。

49、鉴于背景技术的技术问题点，本技术采集器的可控复位时长的高可靠性外部看门狗电路，其复位时长可控，避免在系统刚上电时喂狗信号滞后造成的复位现象，保证了现场作业终端正常工作，同时摒弃了市面上使用三态门缓冲器这种较为昂贵的方式维持看门狗电路正常工作，该设计巧妙的利用成本更加低廉的分立器件搭建一阶cr高通滤波电路实现三态缓冲并具备较强的抗干扰能力，并使得外部看门狗电路的成本大幅降低。