CN101430229B - 采集信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采集信号的方法，包括得到各采样信号值后的信号发送过程，信号发送过程为：选定采集到的一个信号值为第一个信号值后，将该第一个信号值发送；然后，从第一个信号值后的第二个信号值起的每一个信号值都与其前一个信号值进行比较，如果该信号值与前一个信号值之间的差值超过一定数值或超过一定比率则该信号值被发送。本发明方法通过对信号值之间差值的比较判断来决定是否发送，节省了发射环节的耗电量；对采样频率进行实时控制，减少了不必要的采样次数，节省了采样环节的耗电量。本发明方法兼顾了采样实时性和电量节省。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种采集信号的方法，尤其是一种可以较好地兼顾耗电量和采样实时性的采集信号的方法。
【背景技术】
随着电力电网的发展和设备技术的提高，高压电网中工作状况复杂，如高/低压开关柜、电力电缆、大功率电机、变压器。而高压设备的接点温度是一个十分重要的数据，它涉及电网电路的容量及设备的运行状态，是分析电路安全运行的必要数据。由于高压设备的高危特点，直接测量温度数据具有一定的危险性。在现有技术中出现了无线测温系统，温度传感器按照一定的采样频率采集温度数据传送给采样单元，然后发射单元将采集到的温度数据通过无线数据通讯的方式发射到相应的接收控制单元。温度传感器、采样单元和发射单元设于测温现场，一般采用电池供电。而采样单元和发射单元在工作状态下的耗电量时比较大的，发射电路每次工作电流消耗在15～20毫安，采样单元的采样工作电流在5～10毫安。这对无线测温系统的长期正常工作是不利的，同时也会加大日常维护的负担。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以较好地兼顾耗电量和采样实时性的的采集信号的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种采集信号的方法，包括得到各采样信号值后的信号发送过程，信号发送过程为：选定采集到的一个信号值为第一个信号值后，将该第一个信号值发送；然后，从第一个信号值后的第二个信号值起的每一个信号值都与其前一个信号值进行比较，如果该信号值与前一个信号值之间的差值超过一定数值或超过一定比率则该信号值被发送。这样，可以只在有必要发送时(即信号值的变化超过一定数值或一定比率时)发送信号，减少了发送信号过程对电量的消耗。被选定为第一个信号值的可以是开始采集工作后的第一个信号值，也可以时信号采集工作开始一段时间之后的某一信号值。
在此基础上，进一步地：
在本发明方法中，设定固定的发送周期；时间每经过一个发送周期，当该发送周期时间终点为采样时刻时此时采集得到的信号值被发送，当该发送周期时间终点非采样时刻时该发送周期时间终点前采集得到的最后一个信号值被发送。这样，即使在时间经过一个发送周期时信号值没有变化的情况下，也发送信号，以确认信号发送单元与信号接收单元之间通讯正常。
本发明方法可以包括采集信号的采样过程，采样过程的采样间隔根据一定时段内信号值的偏差值和同时段内的信号值变化斜率选择。
根据一定时段内信号值的偏差值和同时段内的信号值变化斜率设定采样间隔可以这样实现：
a.选取两个或两个以上的偏差值范围、两个或两个以上的信号值变化斜率范围并设定每一个偏差值范围分别对应于每一个信号值变化斜率范围时的采样间隔取值范围，得到采样间隔控制表；
b.采样工作开始后即进行初始采样时段的第一次初始采样，时长经过预定间隔后进行第二次初始采样，第一次初始采样值和第二次初始采样值之间的差值为初始偏差值，初始偏差值与预定间隔之间的比值为初始斜率；这里的预定间隔是人为设定的一个时间长度，可以根据经验进行取值；
c.根据步骤b得到的初始偏差值和初始斜率在采样间隔控制表中查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第一间隔；
d.从第二次采样时刻起时长经过第一间隔时，进行第二次初始采样后的第一次采样，得到第一信号值；
e.步骤d得到的第一信号值与步骤b中的第二次采样值二者之间的差值为第一偏差值，第一偏差值与第一间隔的比值为第一信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第一偏差值和第一信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第二间隔；
f.从第一间隔终止的时刻起时长经过第二间隔时，进行初始采样时段终止后的第二次采样，得到第二信号值；
g.根据第N+1信号值，得到第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第N+2间隔；从第N+1间隔终止的时刻起时长经过第N+2间隔时，进行初始采样时段终止后的第N+2次采样，得到第N+2信号值；N为自然数。
根据一定时段内信号值的偏差值和同时段内的信号值变化斜率设定采样间隔也可以这样实现：
a.选取两个或两个以上的偏差值范围、两个或两个以上的信号值变化斜率范围并设定每一个偏差值范围分别对应于每一个信号值变化斜率范围时的采样间隔取值范围，得到采样间隔控制表；
b.采样工作开始后的初始采样时段内，按照预定的初始采样频率采集信号；
c.根据初始采样时段内采集到的信号值得到初始偏差值和初始斜率，然后根据初始偏差值和初始斜率在采样间隔控制表中查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第一间隔；
d.从初始采样时段终止的时刻起时长经过第一间隔时，进行初始采样时段终止后的第一次采样，得到第一信号值；
e.根据步骤d得到的第一信号值，得到第一偏差值和第一信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第一偏差值和第一信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第二间隔；
f.从第一间隔终止的时刻起时长经过第二间隔时，进行初始采样时段终止后的第二次采样，得到第二信号值；
g.根据第N+1信号值，得到第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第N+2间隔；从第N+1间隔终止的时刻起时长经过第N+2间隔时，进行初始采样时段终止后的第N+2次采样，得到第N+2信号值；N为自然数。
上述步骤c中的初始偏差值可以这样确定：初始采样时段内采集到的信号值的最大值和最小值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与前一个信号值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的最大值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的最小值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的平均值之间的差值；步骤c中的初始斜率为：初始采样时段内采集到的信号值的最大值和最小值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和前一个信号值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和初始采样时段内采集到的信号值的最大值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和初始采样时段内采集到的信号值的最小值二者之间的差值与对应时长的比值；步骤g中的第N+1偏差值为：第N+1信号值和第N信号值之间的差值；步骤g中的第N+1信号值变化斜率为：第N+1信号值和第N信号值二者之间的差值与对应时长的比值。
本发明方法中制作采样间隔控制表时，采样间隔取值范围与偏差值范围、信号值变化斜率范围的对应关系可以根据经验设计，设计的基本原则是偏差值大时采样间隔取值小、偏差值小时采样间隔取值大，信号值变化斜率大时采样间隔取值小、信号值变化斜率小时采样间隔取值大。
本发明方法适用于检测高压设备接点温度的无线测温过程；也适用于其它的发送信号或采集信号功耗较大、而待机时功耗相对较小的过程。
本发明的有益效果是：与现有技术按照固定发送周期发送信号相比，本发明方法通过对信号值之间差值的比较判断来决定是否发送，当信号值变化不大时可以不发送，这样减少了发射次数，节省了发射环节的耗电量；对采样频率进行实时控制，信号值变化大时加快采样频率，信号值变化小或无变化时降低采样频率，这样即可以得到信号值的即时变化情况，又避免了信号值变化小或无变化时也采样较高采样频率的情况，减少了不必要的采样次数，节省了采样环节的耗电量。本发明方法兼顾了采样实时性和电量节省。
【附图说明】
下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明方法的一种具体实施方式的工作流程示意图。
【具体实施方式】
图1示出了采用本发明方法进行温度检测的一种高压电力设备无线温度检测系统的工作流程框图。该检测系统包括前方的温度检测单元和后方的数据处理单元，温度检测单元包括温度传感器、专用测温芯片MAX6675、微处理器ATMEGA48、无限发射模块NRT24101，数据处理单元中设有无限接收模块(无限接收模块图1中未示出)。专用测温芯片MAX6675、微处理器ATMEGA48构成温度检测单元的信号采集处理模块。
温度传感器采集测温点的温度，温度数据被输送到信号采集处理模块，信号采集处理模块使用了专用测温芯片MAX6675对温度进行实时采样，采样后数据在该模块另一芯片微处理器ATMEGA48进行处理，并将与无线识别码跳频码一起打包，等待无线温度发射模块以2.4G或433M调制发送。每一温度检测单元对应一个检测点，但数据处理单元的无线温度接收模块可接收多个温度监测单元发送的温度信号。温度监测单元所有模块的供电均由电源模块统一供电，温度传感器、信号采集处理模块、无线温度发射模块在发射数据时总电流为30毫安，不进行发射的待机状态下工作电流约在10-20微安。
温度监测单元中电池能量主要消耗在采样电路、处理电路CPU和发射电路。其中，发射电路能量消耗最大，并且每次工作时间最长约50-100ms。经验表明，被测对象的温度变化在相对时间内波动很大的概率占整个测量时间的比例是很小的，例如在正常环境中工作的高压线电缆，每小时或每天温差仅为几摄氏度，变化不大。如果对这些参数进行省电算法处理后，对实时采样的数据中没有变化的部分不进行发送、数据变化较小(包括增大幅度小和减小幅度小)时加大采样时间间隔，这将大大的降低电能的损耗，从而延长了电池寿命，同时也不会对采样实时性造成不理影响。这是本发明方法的基本设计思路。
表一采样间隔控制表
该系统的采样工作过程为：预先制订采样间隔控制表，即采样间隔取值范围与偏差值范围、信号值变化斜率范围的对应关系表，偏差值大时采样间隔短、偏差值小时采样间隔长，信号值变化斜率大时采样间隔短、信号值变化斜率小时采样间隔长，见表一，采样间隔的具体长短范围可根据实施本发明方法的具体条件设置，偏差值范围、信号值变化斜率范围的个数根据具体信号值的变化情况设定，表一中偏差值范围为大、中、小3个，信号值变化斜率范围为(K1，K2]、(K2，0]、(0，K3]、(K3，K4]、(K4，K5]，K1＜K2＜0＜K3＜K4＜K5；开机后即进行初始采样时段的第一次初始采样，时长经过预定间隔(提前设定好的一个时间长度)后进行第二次初始采样，第一次初始采样值和第二次初始采样值之间的差值为初始偏差值，初始偏差值与预定间隔之间的比值为初始斜率；根据初始偏差值和初始斜率在采样间隔控制表中查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第一间隔；从第二次采样时刻起时长经过第一间隔时，进行第二次初始采样后的第一次采样，得到第一信号值；第一信号值与第二次采样值二者之间的差值为第一偏差值，第一偏差值与第一间隔的比值为第一信号值变化斜率，然后在采样间隔控制表中根据第一偏差值和第一信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第二间隔；从第一间隔终止的时刻起时长经过第二间隔时，进行初始采样时段终止后的第二次采样，得到第二信号值；......根据第N+1信号值，得到第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率，然后在采样间隔控制表中根据第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第N+2间隔；从第N+1间隔终止的时刻起时长经过第N+2间隔时，进行初始采样时段终止后的第N+2次采样，得到第N+2信号值；N为自然数。采样间隔控制表输入在微处理器ATMEGA48中，上述得到采样间隔的省电算法过程在微处理器ATMEGA48中进行，专用测温芯片MAX6675控制温度传感器按照采样间隔采集测温点的温度数据。这样，在采样时采样电流在5～10毫安，而不进行采样的待机状态下电流消耗在10微安左右。对比现有技术的固定采样间隔，本发明方法采用上述采样间隔省电算法可节省大部分电能。
采样后的工作过程为：开机调试完成后采集到的第一个信号值被无限发射模块NRT24101发送到无限接收模块；然后，从第一个信号值后的第二个信号值起的每一个信号值都与其前一个信号值进行比较，如果该信号值与前一个信号值之间的差值超过10％则该信号值被发送。这样，可以只在有必要发送时(即信号值的变化超过10％时)发送信号，减少了发送信号过程对电量的消耗。发射电路每次工作电流消耗在15～20毫安，而待机时的电流消耗仅为0.01毫安左右。如果信号值与前一个信号值之间的差值未超过10％则该信号值不被发送，发射电路保持睡眠待机状态。为了确认无限发射模块NRT24101与无限接收模块之间通讯是否正常，也可以设定固定的发送周期，在时间经过一个发送周期时信号值没有变化的情况下，也发送信号，通过识别无限接收模块是否可以接收到无限发射模块NRT24101发送的温度信号，判断无限发射模块NRT24101与无限接收模块之间通讯是否正常。
在不进行采样、发射过程时，温度检测发射电路进入睡眠待机，微处理器计时，直到下个测温采样周期。通过以上控制达到发射阶段省电目的。根据实际应用场合测试，在达到实时温度测量条件下，功耗减少30％-50％，较好地兼顾了测温实时性和电量节省。
本发明方法通过控制算法(以温升状况，温度数值，电池状态，前次发射接收状况为算法参数)来控制采样、发射时间，进行可控的间隙采样发射，当电源模块以大容量电池作电源时可工作7年以上。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种采集信号的方法，其特征在于：包括得到各采样信号值后的信号发送过程，信号发送过程为：选定采集到的一个信号值为第一个信号值后，将该第一个信号值发送；然后，从第一个信号值后的第二个信号值起的每一个信号值都与其前一个信号值进行比较，如果该信号值与前一个信号值之间的差值超过一定比率则该信号值被发送；所述采集信号的方法还包括采集信号的采样过程，采样过程的采样间隔根据一定时段内信号值的偏差值和同时段内的信号值变化斜率选择；根据一定时段内信号值的偏差值和同时段内的信号值变化斜率设定采样间隔通过如下两种方式中的一种实现：
第一种方式：
a.选取两个或两个以上的偏差值范围、两个或两个以上的信号值变化斜率范围并设定每一个偏差值范围分别对应于每一个信号值变化斜率范围时的采样间隔取值范围，得到采样间隔控制表；
b.采样工作开始后即进行初始采样时段的第一次初始采样，时长经过预定间隔后进行第二次初始采样，第一次初始采样值和第二次初始采样值之间的差值为初始偏差值，初始偏差值与预定间隔之间的比值为初始斜率；
c.根据步骤b得到的初始偏差值和初始斜率在采样间隔控制表中查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第一间隔；
d.从第二次初始采样时刻起时长经过第一间隔时，进行第二次初始采样后的第一次采样，得到第一信号值；
e.步骤d得到的第一信号值与步骤b中的第二次初始采样值二者之间的差值为第一偏差值，第一偏差值与第一间隔的比值为第一信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第一偏差值和第一信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第二间隔；
f.从第一间隔终止的时刻起时长经过第二间隔时，进行初始采样时段终止后的第二次采样，得到第二信号值；
g.根据第N+1信号值，得到第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第N+2间隔；从第N+1间隔终止的时刻起时长经过第N+2间隔时，进行初始采样时段终止后的第N+2次采样，得到第N+2信号值；N为自然数；
第二种方式：
a.选取两个或两个以上的偏差值范围、两个或两个以上的信号值变化斜率范围并设定每一个偏差值范围分别对应于每一个信号值变化斜率范围时的采样间隔取值范围，得到采样间隔控制表；
b.采样工作开始后的初始采样时段内，按照预定的初始采样频率采集信号；
c.根据初始采样时段内采集到的信号值得到初始偏差值和初始斜率，然后根据初始偏差值和初始斜率在采样间隔控制表中查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第一间隔；
d.从初始采样时段终止的时刻起时长经过第一间隔时，进行初始采样时段终止后的第一次采样，得到第一信号值；
e.根据步骤d得到的第一信号值，得到第一偏差值和第一信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第一偏差值和第一信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第二间隔；
f.从第一间隔终止的时刻起时长经过第二间隔时，进行初始采样时段终止后的第二次采样，得到第二信号值；
g.根据第N+1信号值，得到第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率，然后在步骤a得到的采样间隔控制表中根据第N+1偏差值和第N+1信号值变化斜率查出对应的采样间隔取值范围，在查出的采样间隔取值范围中选定采样间隔，即为第N+2间隔；从第N+1间隔终止的时刻起时长经过第N+2间隔时，进行初始采样时段终止后的第N+2次采样，得到第N+2信号值；N为自然数。
2.根据权利要求1所述的采集信号的方法，其特征在于：设定固定的发送周期；时间每经过一个发送周期，当该发送周期时间终点为采样时刻时此时采集得到的信号值被发送，当该发送周期时间终点非采样时刻时该发送周期时间终点前采集得到的最后一个信号值被发送。
3.根据权利要求1所述的采集信号的方法，其特征在于：所述第二种方式中步骤c中的初始偏差值为：初始采样时段内采集到的信号值的最大值和最小值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与前一个信号值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的最大值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的最小值之间的差值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值与初始采样时段内采集到的信号值的平均值之间的差值；步骤c中的初始斜率为：初始采样时段内采集到的信号值的最大值和最小值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和前一个信号值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和初始采样时段内采集到的信号值的最大值二者之间的差值与对应时长的比值，或者初始采样时段内采集到的最后一个信号值和初始采样时段内采集到的信号值的最小值二者之间的差值与对应时长的比值；步骤g中的第N+1偏差值为：第N+1信号值和第N信号值之间的差值；步骤g中的第N+1信号值变化斜率为：第N+1信号值和第N信号值二者之间的差值与对应时长的比值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN YITOA ELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: YITOA INTELLIGENT CONTROL CO., LTD. Effective date: 20101116 |
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518108 5-8/F, BUILDING A1, LONGMA SCIENCE AND TECHNOLOGY INDUSTRY CITY, SHIYAN, BAOAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: 518108 W. SIDE OF SOUTH ZONE, 5/F, FACTORY A1, LONGMA INDUSTRY CITY, SHIXIN COMMUNITY, SHIYAN SUBDISTRICT, BAOAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE, E. SIDE |
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Effective date of registration: 20101116 Address after: 518108 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Shiyan Street Community Longma stone new industrial city A1 building five floor, South West and East Applicant after: Shenzhen Yitoa Electrical Technology Co., Ltd. Address before: 518108 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Shiyan Longma technology industrial building A1 5-8 Applicant before: Shenzhen Yitoa Electronics Technology Co., Ltd. |
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Effective date of registration: 20160331 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District five road high tech Industrial Park South Yingtang technology building five floor Patentee after: Shenzhen yitoa Technology Co., Ltd. Address before: 518108 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Shiyan Street Community Longma stone new industrial city A1 building five floor, South West and East Patentee before: Shenzhen Yitoa Electrical Technology Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20201212 |