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匯勒電氣給您分析多用戶智能電表中的數(shù)據(jù)存儲
發(fā)布日期:2016/3/21 點擊數(shù):985新聞來源:http://1688law.cn

 匯勒電氣給您分析多用戶智能電表中的數(shù)據(jù)存儲

    多用戶智能電表是以MCU為核心、以大規(guī)模電量采集模塊而構成的一種電量數(shù) 據(jù)采集儀表,具有多用戶電量采集、數(shù)據(jù)遠程傳輸、用戶供電控制、復費率電量計量等先進 功能,體積小,功能強,深受集中供電場所如高校學生宿舍、智能化小區(qū)等用戶歡迎。為提高儀表使用的靈活性,存在一些可編程的參數(shù),如儀表編號、計量戶數(shù)、通訊速率、電表脈沖常數(shù)、復費率時段時間值、各戶供電狀態(tài)等,以及其計量的數(shù)據(jù),即各用戶的用電量。這些數(shù)據(jù)一旦受到干擾遭到破壞,不僅儀表不能正常工作,還將給用戶 造成經(jīng)濟損失,引發(fā)經(jīng)濟糾紛,因此必須保證數(shù)據(jù)的可靠性、安全性、非易失性。如何保護 這些要求非易失性存儲的關鍵數(shù)據(jù)不被破壞,確保數(shù)據(jù)的安全,對于多用戶智能電表設計具 有非常重要的意義。

1多用戶智能電表的硬件構成

  儀表工作原理:各用戶的用電量,通過大規(guī)模電能計量集成電路(如BL0933、ADE7755等)將其轉化為與電量成正比的脈沖量,經(jīng)光電耦合電路后,由開關量輸入接口被CPU采入內存中,CPU根據(jù)采集的脈沖量,對各用戶的用電量進行累加,將其存入非易失存儲器中,并由顯示電路輪流顯示出各戶的用電量。通過遠程通信接口電路(如RS485、CAN總線)實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的遠程傳輸。
  為提高儀表的可靠性,在數(shù)據(jù)采集電路和遠程傳輸電路中都設計了光電隔離電路,設計了由X5045芯片構成的獨立的看門狗電路,為實現(xiàn)參數(shù)和數(shù)據(jù)的非易失存儲,儀表中采用了兩種存儲器,一種是X5045內部的512字節(jié)的非易失存儲器;另一種是獨立的直接與CPU接口的非易失存儲器W24C16。兩種存儲器相互配合,配以軟件措施,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的非易失、高可靠存儲。
  影響數(shù)據(jù)安全的主要原因有以下幾個方面:
  (1)上電、掉電、電源跌落過程中,電源沖擊對存儲器芯片的影響;
  (2)上電、掉電、電源跌落過程中,CPU不能可靠復位,導致程序跑飛改寫數(shù)據(jù);
  (3)程序運行過程中受到各種干擾導致程序跑飛改寫數(shù)據(jù)。
  針對以上原因,硬件、軟件設計應采取相應措施,確保數(shù)據(jù)存儲的安全可靠。? 

2數(shù)據(jù)安全的硬件措施
  (1)采用集成看門狗芯片X5045,將其復位輸出端直接與系統(tǒng)各芯片的復位端 相連,在上電、掉電、電源跌落過程中,實現(xiàn)可靠復位;同時,當程序跑飛時,及時實現(xiàn)自動復位,減少數(shù)據(jù)被改寫的可能性。
  (2)采用多重存儲媒體
  對于非易失數(shù)據(jù)存儲,系統(tǒng)設計時采用了二重媒體存儲技術,一是采用X5045內帶有SPI接口的512字節(jié)的非易失存儲器;二是外擴了一種非易失存儲器。將同一組數(shù)據(jù),存放到兩種存儲器中,可大大減少抗擾破壞的概率。正常運行時,為提高數(shù)據(jù)讀寫速度,其運算都安排在CPU內部進行。
  (3)正確選擇非易失存儲器
  目前,在線可擦寫非易失存儲器種類很多,第1類是E2PROM,其特點是可實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)修改,寫入時間長,典型值為5~10 ms,寫入次數(shù)有限,典型值為1~100萬次。并行接口E2PROM與CPU連線較多,體積較大,讀寫控制容易,讀出速度快;串行E2PROM與CPU接口簡單,連線少,讀寫時間長,讀寫控制較復雜,可分為SPI接口、I2C總線接口、MPS接口等;第2類是非易失RAM,與普通RAM兼容,讀寫速度快,內含鋰電池和數(shù)據(jù)保護電路,可實現(xiàn)非易失存儲,無寫保護引腳,價格較貴;第3類是FLASH MEMORY,主要用于大容量存儲數(shù) 據(jù)場所,如計算機的BIOS等;第4類是多功能芯片,如X5045中含有512字節(jié)的非易失存儲器,DS12887時鐘電路中含有256字節(jié)的非易失存儲器等。
  多用戶電表中的數(shù)據(jù),如用戶用電量,按每戶4字節(jié)計算(顯示范圍為:0.00~999 999.99),對16戶電表(適用于一梯兩戶、7層居民住宅、一戶一表、一路公用照明、一路備用),所需存儲容量僅為64字節(jié),因為總的存儲容量并不多,所以以選串行接口存儲器為宜;另外,系統(tǒng)對用戶電量的讀寫不是很頻繁,讀寫速度不要求很快,加以數(shù)據(jù)可靠性要求很高,系統(tǒng)中選擇了X5045多功能芯片和I2C總線接口的E2PROM W24C16。
  (4)正確設計接口電路
  數(shù)據(jù)被改寫的原因是隨機干擾信號滿足了芯片寫時序的要求,執(zhí)行了非法的寫操作。如并行接口的存儲器芯片的CS、WR同時為低電平時即可完成一次寫操作,所以其抗擾性能要低于串行的E2PROM。對于W24C16芯片,要改寫其內部的數(shù)據(jù),除了寫入數(shù)據(jù)時滿足一定的時序外,芯片本身具有寫保護引腳,其高電平有效時方可對其進行寫操作。該寫保護引腳一般不應直接接到電源上,應將其接到CPU的某一可編程引腳,由CPU來控制該引腳的電平信號,以防止外來的干擾。? 

3數(shù)據(jù)安全的軟件措施
  硬件措施只是有效提高數(shù)據(jù)安全性的一個方面,在程序執(zhí)行過程中,系統(tǒng)受 到強烈干擾后,仍有跑飛改變數(shù)據(jù)的可能性,所以軟件設計中應采取一定的措施,以正確識 別數(shù)據(jù)的有效性,對被破壞的數(shù)據(jù)采取一定的數(shù)據(jù)恢復措施,以盡可能地達到數(shù)據(jù)存儲的完整性、有效性。
3.1數(shù)據(jù)備份
  在系統(tǒng)設計中,采用兩種方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份操作:1)硬件設計中選用了X5045和W24C16兩種獨立的存儲器,實現(xiàn)存儲體的備份;2)在同一存儲體中,對同一批數(shù)據(jù)存于不同的存儲區(qū)域中,一般采用3重備份方案,這樣,同一時刻數(shù)據(jù)在兩種存儲器中有6個備份。采用不同的存儲器,并同時對采集數(shù)據(jù)進行多個備份,可以大大提高數(shù)據(jù)的抗干擾性能。
3.2備份數(shù)據(jù)的表決
  存于存儲器中的6份數(shù)據(jù),CPU定期對其進行數(shù)據(jù)有效性檢驗,以觀察是否受到干擾。一般通過表決的方式,認為其中有3份以上的數(shù)據(jù)相同,便認為相同的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù),同時用其覆蓋掉不相同的數(shù)據(jù)備份,以保證數(shù)據(jù)的有效性和完整性。
3.3數(shù)據(jù)校驗
  一般情況下,通過備份數(shù)據(jù)表決可解決大部分的數(shù)據(jù)受擾問題,但在有些情況下,也會出現(xiàn) 數(shù)據(jù)表決失敗的情況。為此,還需對每一塊備份數(shù)據(jù)進行校驗,并將校驗值存于校驗數(shù)據(jù)區(qū)域中。對備份數(shù)據(jù)表決失敗的情況,再對每一塊備份數(shù)據(jù)進行校驗,比較其校驗值是否和原來的一致,若一致,則認為該備份數(shù)據(jù)有效,若不一致,則認為該備份數(shù)據(jù)已遭到破壞。校 驗算法可采用和校驗、CRC校驗等。對校驗數(shù)據(jù)值亦可采用備份存儲的方法,以進一步提高數(shù)據(jù)存放的可靠性。
3.4寫方式控制
  程序中有寫數(shù)據(jù)的要求,便存在數(shù)據(jù)被破壞的可能。為防止誤寫數(shù)據(jù),程序設計中設置寫請求口令變量,正常執(zhí)行的程序欲執(zhí)行一個寫流程時,需先設置一個寫請求口令變量,才可以調用寫數(shù)據(jù)子程序。而在寫數(shù)據(jù)子程序中,只有寫請求口令變量值與該流程的標志值相同,方可進行寫操作,寫完成后將自動復位寫請求口令變量。對不正確的寫請求口令變量值,寫子程序將對其不予理會并將其復位。
3.5回讀寫數(shù)據(jù)校驗
  對寫入串行E2PROM中的數(shù)據(jù),為防止在寫數(shù)據(jù)過程中受到干擾造成誤寫,寫完成后,再將剛寫入的數(shù)據(jù)讀出來,與要寫的數(shù)據(jù)相比較,看兩者是否一致,如一致,則說明數(shù)據(jù)已正確 寫入存儲器中,如不一致,則啟動重寫操作,直到數(shù)據(jù)寫入正確為準。
3.6寫入次數(shù)限制

  串行E2PROM每個單元都有寫入次數(shù)限制,要保證在儀表的使用期限內寫入次數(shù)不超過廠家推薦的值,保證數(shù)據(jù)可靠性。儀表預計最大計量數(shù)據(jù)為999 999.99kWh,將用戶計量電能值分成兩部分進行存儲,一部分為整數(shù)電量部分,最大數(shù)據(jù)為999 999,可滿足寫入次數(shù)限制;一部分為0.1 kWh存儲單元,如寫入次數(shù)被限制在10萬次,則每計量10 000 kWh,則需要更換存儲單元,程序根據(jù)整數(shù)電量滿10 000 kWh時,便更換存儲單元。對0.01 kWh計量,只有系統(tǒng)掉電時將其存入E2PROM中,正常運行時存儲在單片機內部RAM中。

    多用戶智能電表因要計量、存儲用戶用電量,其數(shù)據(jù)存儲安全性非常重要。匯勒電氣生產(chǎn)的多用戶電能表采用雙非易失存儲芯片、硬件寫保護接口電路設計、數(shù)據(jù)備份表決、數(shù)據(jù)校驗、密碼寫保護、數(shù)據(jù)回讀校驗等軟、硬件措施,提高了數(shù)據(jù)存儲的可靠性及安全性。更多關于匯勒電氣智能多用戶電表的相關信息,聯(lián)系匯勒客服24小時在線為您解答!

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