一种基于电力线载波的电能表与断路器自动配对方法与流程

1.本发明涉及一种电能表与断路器的蓝牙自动配对方法。


背景技术：

2.随着智能电表推广与应用，国家电网计划推广具有蓝牙通信功能的外置断路器，要求电能表与断路器通过蓝牙协议进行数据交互。然而，在实际应用中，一个电表箱内往往有多只智能电表分别搭配多只蓝牙断路器。因此，如果a电表配对到了b断路器，就会导致电表a计量的负载属于a断路器，但发送的控制命令却给到了b断路器，从而造成严重的使用问题。而目前提出的通过手持设备扫描获取mac地址，从而设置电表进行配对的方案，不但需要大量描扫设备，也需要人力以及技术要求，限制较大。
3.因此，考虑到电能表与断路器直接相连的特点，可以考虑通过火线利用电流进行通信，在不需要额外人力与扫描设备的情况下，自动完成配对流程。但是一般的基于断路器内的电机控制的电流信号存在时序不稳定，波形误差大的问题，限制较大。相比之下，在通信距离较短，传输信息较少的应用情形下，电力线载波通信芯片的通信方法可靠性更高。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中上述不足，本发明提供一种不需要额外人力与扫描设备并且可靠的电力线载波通信方法实现的电能表与断路器的自动配对方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现：一种基于电力线载波的电能表与断路器自动配对方法，其特征在于：包括以下步骤：上电前，同一电表箱内所有电能表与断路器的蓝牙通讯uuid均做统一，电能表蓝牙被配置为主机模式，断路器蓝牙则被配置为从机模式，且设置为连接无密钥，配对后自动进入透传模式，上电启动后，电能表与断路器均检查自身状态，如果已经配对完成，则直接实现电能表与断路器的蓝牙通道互连，如果没有进行配对或配对未完成，则启动配对流程，配对流程步骤如下：（1）电能表先通过电能表mcu控制电能表蓝牙接收附近所有可连接继电器的mac地址，由于事先已经将所有主从蓝牙的通信uuid进行了统一更改，主机蓝牙只能扫描到相同通信uuid并未成功配对的从机蓝牙；（2）断路器mcu读取断路器蓝牙的mac地址，根据各断路器mac地址进行延时处理；（3）延时处理后，断路器通过电力线载波通信信道发送mac地址；（4）电能表进行mac地址接收和负载电流检测，进行配对有效性预判，若预判为有效，将所有已经接收的可连接继电器mac地址与之进行比对，按照匹配度进行排序，作为校验的次序列表，如果差异大于一定阈值的可连接对象则被直接舍弃，不再进行校验，每次先选择未校验对象中匹配度最高的目标，通过电能表控制器控制电能表蓝牙进行以mac地址为对象的定向连接，由于预先设置了主从模式，该连接不需要从机蓝牙的许可，也不需要密
码，连接完成后即进入透传模式；（5）进入与继电器透传模式的电能表通过蓝牙通道发送控制指令，向断路器蓝牙发送校验请求，校验请求中包含一个随机产生的校验码；（6）断路器收到校验请求后，断路器mcu通过电力线载波通信信道发送校验码；（7）电能表将接收的校验码与之前产生的校验码相比较，如果一致，那么可以认为校验成功，那么电能表通过蓝牙通道向断路器发送配对成功指令，如果校验失败，那么mcu控制断开蓝牙连接，按匹配度次序对下一个目标断路器进行蓝牙连接并进行校验，直至最终完成配对或校验次序列表的全部校验不成功；（8）在一轮配对流程时间t后，未配对成功的电能表与断路器便进入下一轮配对，即重复步骤（1）直至全部配对成功。
6.作为优选，配对有效性预判为判断接收mac期间是否存在超过启动电流的负载电流，若没有，则认为接收到的mac不是所连的断路器发出，判定接收mac无效，否则，假定为所连断路器发出，判定接收的mac有效。
7.作为优选，在第一轮配对时，步骤（2）中延时处理方式为，在第一轮配对时，步骤（2）中延时处理方式为，根据断路器mac地址的后6位尾数x，按照数值范围0～63计算，进行间隔时间x*t的延时处理，t为电能表识别电流的最小时间精度，则在步骤（4）中，如果存在mac地址低6位相同情况，会出现同时传输，因为载波通信的同频干扰，电能表如果不能正常接收到mac地址，一轮配对时间t后，未配对成功的电能表进入第二轮配对。
8.作为优选，第二轮配对时，步骤（2）中断路器先对mac地址进行crc8的计算，计算结果取低6位y，再次进行间隔时间y*t的延时处理，延时处理后，此时断路器回到步骤（3），而电能表回到步骤（4）；第二轮配对时间t后，未配对成功的电能表进入第三轮配对。
9.作为优选，第三轮配对时，通过产生值较小的随机数r（0～3）进行延时和配对操作，并且不断重复进行延迟处理后再进行配对，直到完成配对，重复周期为t1，比t小，实现加速配对。
10.本发明的有益效果在于：本发明依靠电力线载波通信发送配对指令并实现校验，可以不需要额外人力与扫描设备实现电能表与断路器的蓝牙自动配对，不仅可靠而且省时省力。
具体实施方式
11.下面结合具体实施方式对发明作进一步详细说明。
12.本实施例中，电能表的控制器为stm32f103芯片，电能表蓝牙为e104
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5032a，电力线载波通信模块为lm1893。断路器控制器为stm8l芯片，断路器蓝牙为sh
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blem01，电力线载波通信模块为lm1893。
13.一种基于电力线载波的电能表与断路器自动配对方法，具体步骤如下所述。上电前，电能表蓝牙e104
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5032a已经被配置为主机模式，且通信uuid也做了如下所示的统一更改。断路器蓝牙sh
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blem01则被配置为从机模式，且设置为连接无密钥，配对后自动进入透传模式，通信uuid更改为与主机蓝牙一致。
14.服务名称uuid通讯服务6e400001b5a3f393e0a9e50e24dc4179
发送通道6e400002b5a3f393e0a9e50e24dc4179接收通道6e400003b5a3f393e0a9e50e24dc4179上电启动后，电能表与断路器均检查自身状态，如果已经配对完成，则直接实现电能表与断路器的蓝牙通道互连，如果没有进行配对或配对未完成，则启动配对流程，每一轮配对时间设为t，该时间t根据电能表与断路器配对时间与断路器个数而设置。配对流程步骤如下。
15.（1）电能表先通过电能表mcu控制电能表蓝牙扫描附近所有可连接对象的mac地址并记录，由于事先已经将所有主从蓝牙的通信uuid进行了统一更改，主机蓝牙只能扫描到相同通信uuid的从机蓝牙。
16.（2）断路器mcu通过串口读取断路器蓝牙的mac地址，在第一次发送前，取该断路器mac地址的后6位尾数x，按照数值范围0～63计算，进行间隔时间x*t的延时处理，t为电能表识别电流的最小时间精度，在此t为0.25s。
17.（3）延时处理后，断路器然后通过电力线载波通信信道发送mac地址。
18.（4）电能表进行mac地址接收和负载电流检测，进行配对有效性预判。即对检查接收mac期间是否存在超过启动电流的负载电流，若没有，则认为接收到的mac不是所连的断路器发出，判定接收mac无效，继续本步骤；否则，假定为所连断路器发出，判定接收的mac有效，将所有已经接收的可连接对象mac地址与之进行比对，并按匹配度进行从高到低的排序，作为校验的次序列表，如果差异大于一定阈值的可连接对象则被直接舍弃，不再进行校验，每次先选择未校验对象中匹配度最高的目标，通过电能表mcu控制电能表蓝牙进行以mac地址为对象的定向连接，由于预先设置了主从模式，该连接不需要从机蓝牙的许可，也不需要密码，连接完成后即进入透传模式，然后通过蓝牙通道发送控制指令，向断路器蓝牙发送校验请求，在校验请求中包含有校验码，校验码由电能表mcu随机产生。
19.此步骤中，断路器如果存在mac地址低6位相同情况，会出现同时传输，因为载波通信的同频干扰，电能表如果不能正常接收到mac地址，一轮配对时间t后，未配对成功的电能表进入第二轮配对。
20.在第二轮配对时，断路器先对mac地址进行crc8的计算，计算结果取低6位y，再次进行间隔时间y*t的延时处理，延时处理后，此时断路器回到步骤（3），而电能表回到步骤（4）。因为采用crc8计算，原来mac地址低6位相同的会以极大概率不再相同，加上第一轮配对成功的不会再进入第二轮配对，第二轮再次出现低6位相同的概率几乎为0，基本可保证第二轮完全配对成功。
21.若第二轮配对后配对仍不成功，此时正常的断路器和电能表大部分已经配对完成，未配对完成的断路器，通过产生值较小的随机数r（0～3）进行延时和配对操作，即进行间隔时间r*t的延时处理，并且不断重复进行延迟处理后再进行配对，直到完成配对。重复周期为t1，比t小，实现加速配对。
22.（5）断路器收到校验请求后，断路器mcu通过电力线载波通信信道回送校验码。
23.（6）电能表进行校验码接收和负载电流检测，进行校验码有效性预判。即对检查接收校验码期间是否存在超过启动电流的负载电流，若没有，则认为接收到的校验码不是所连的断路器发出，判定接收校验无效，继续本步骤，直到超时；否则，假定为所连断路器发出，判定接收的校验码有效，将接收的校验码与之前产生校验码相比较，如果一致，那么就
认为配对成功，电能表通过蓝牙通道向断路器发送配对成功指令，从而结束配对流程。如果配对失败，电能表蓝牙向断路器蓝牙发送配对失败的指令，然后电能表主动断开连断开蓝牙连接，按匹配度次序对下一个目标进行校验，直至最终完成配对。而配对失败的断路器进行下一轮配对。
24.校验码产生的长度与mac地址长度不相同，可以防止将校验码被误认为是mac地址，而影响了配对流程。
25.电力线载波信道发送mac地址或校验码时，采用冗余编码处理和多次重复传输，因为断路器和电能表是在同一表箱内，传输信号比较强，经此处理后，除了同频干扰情况，保证电能表能可靠的接收到数据。
26.每轮发送mac时，进行了延时处理，是为了避免同频干扰。通过断路器的不同延时设定，大部分情况下同时间内仅有一个断路器的工作电流可检测到，如果存在同时工作的断路器，则进行二轮、三轮...配对延时，实现区分。其中第二轮利用了crc8计算得到新的延时时间，基本可保证相同尾号的延时时间不同。而第三轮开始，仍未配对成功的设备的概率几乎为0，利用小的随机数作为延时，可加快配对速度。
27.本发明中，由于断路器与对应配对目标电能表直接由火线相连，断路器是目标电能表的负载，电能表可以在断路器的电力线载波信道工作时检测到明显的负载电流。因此其余同样接收到mac地址或校验码信息的但同时没有负载电流产生的电能表不会做出反应，仅有同时检测到电力线载波信道工作电流的电能表会对断路器传输的mac地址和校验码信息做出响应，故大大提高了配对的准确性。
28.本发明依靠电力线载波通信发送配对指令并实现校验，可以不需要额外人力与扫描设备实现电能表与断路器的蓝牙自动配对，不仅可靠而且省时省力。