CN101980029B - 一种电压采样方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压采样方法及装置，该采样方法包括：采集步骤，在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储；计算步骤，计算相邻时间周期所采集到的电压值的差值；比较步骤，将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号；输出步骤，在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值；清除步骤，在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值，从而避免了在电压上升或下降的过程中采集电压时的误差，且对处理器的运算能力的要求较低。

Description

一种电压采样方法及装置
技术领域
本发明涉及电压采样技术，更具体地说，涉及一种电压采样方法及装置。
背景技术
现有的电压采样电路中，为了保证采样精度，均采用滤波技术对采样电压进行滤波处理。目前，滤波处理方式主要有以下两种：
第一种：通过高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器中的一种或其组合来滤除特定频率段的杂波；
其缺点为：在实际硬件电路中，需通过架构相应滤波电路来实现滤波，增加了硬件电路成本。
第二种：在一定时间内连续采集多个电压值，求其平均值，以该平均值作为采样值；
其缺点为：在实际操作中，需通过软件来模拟滤波电路以滤除特定频率段的杂波，但由于涉及到傅立叶变换等算法，对处理器的运算能力要求较高，同时占用的资源也较多，运算能力较低的单片机很难实现；另外，如果在电压上升或下降的过程中采集到该多个电压值，则最后得到的采样值将可能出现较大误差。
于是，迫切需求一种能克服上述问题的采样方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有的电压采样电路在电压上升或下降的过程中采集到的电压值误差较大的缺陷，提供一种电压采样方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种电压采样方法，其包括：
采集步骤：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储；
计算步骤：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值；
比较步骤：将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号；
清除步骤：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值；
输出步骤：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。
本发明所述的电压采样方法中，还包括：
预处理步骤：设置在所述采集步骤之前，对被采集的电压信号进行滤波处理。
本发明所述的电压采样方法中，在所述预处理步骤中，采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理。
本发明所述的电压采样方法中，在所述比较步骤中，所述差值一旦大于所述预设值，立即发出所述异常标识信号。
本发明所述的电压采样方法中，在所述比较步骤中，将所述差值大于所述预设值的次数与预设次数进行比较，所述预设次数不小于1，在所述差值大于所述预设值的次数大于所述预设次数时，发出所述异常标识信号；在所述差值大于所述预设值的次数不大于所述预设次数时，发出所述正常标识信号。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：构造一种电压采样装置，其包括：
采集单元：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储；
计算单元：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值；
比较单元：将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号；
清除单元：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值；
输出单元：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。
本发明所述的电压采样装置中，还包括：
预处理单元：在所述采集单元采集之前，对被采集的电压信号进行滤波处理。
本发明所述的电压采样装置中，所述预处理单元采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理。
本发明所述的电压采样装置中，在所述比较单元中，所述差值一旦大于所述预设值，立即发出所述异常标识信号。
本发明所述的电压采样装置中，所述比较单元将所述差值大于所述预设值的次数与预设次数进行比较，所述预设次数不小于1，在所述差值大于所述预设值的次数大于所述预设次数时，发出所述异常标识信号；在所述差值大于所述预设值的次数不大于所述预设次数时，发出所述正常标识信号。
实施本发明的电压采样方法及装置，具有以下有益效果：在设定时间段内，首先，以预设时间周期连续采集多个电压值并储存，然后，计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值，并将差值与预设值进行比较判断，若所述差值大于预设值，清除已存储的所述多个电压值，从而避免了在电压上升或下降的过程中采集电压时的误差，且对处理器的运算能力的要求较低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明电压采样方法第一优选实施例的流程图；
图2是本发明电压采样方法第二优选实施例的流程图；
图3是本发明中滤波电路的电路图；
图4是本发明中采集步骤中的波形示意图；
图5是本发明中比较步骤的第一实施例的流程图；
图6是本发明中比较步骤的第二实施例的流程图；
图7是本发明电压采样装置的第一实施例的方框图；
图8是本发明电压采样装置的第二实施例的方框图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明电压采样方法第一优选实施例的流程图。本第一实施例中，该电压采样方法包括以下步骤：
开始。
采集步骤S1：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储。
上述采集步骤S1的具体实施过程如下：
在设定时间段t内，以预设时间周期T连续采集多个电压值，设第一次采集的电压值为X1，紧接着第二次采集的电压值为X2，紧接着第三次为X3......，并将上述X1、X2......XN-1、XN存储在单片机的存储空间里。其中，设定时间段t和预设时间周期T都是依据实际需求预先设置，一般情况下，预设时间周期T的大小等于单片机的采样频率的倒数。
计算步骤S2：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值。
上述计算步骤S2的具体实施过程如下：
计算每两个相邻时间周期所采集到的电压值的差值，即
X2-X1＝ΔU1
X3-X2＝ΔU2
XN-XN-1＝ΔUN-1
比较步骤S3：将所述差值与预设值进行比较(如步骤S31所示)，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号(如步骤S32所示)；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号(如步骤S33所示)。
上述比较步骤S3的具体实施过程如下：
将上述差值ΔU1、ΔU2......与预设值ΔM进行比较，即分别比较ΔU1与ΔM的大小、ΔU2......与ΔM的大小，有以下两种情况：
第一种，ΔU1、ΔU2......中任何一个一旦大于预设值ΔM，就立即发出异常标识信号，否则发出正常表示信号；
第二种，若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况发生的次数大于预设次数(预设次数不小于1)，假设所述预设次数为3次，若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况发生大于3次，就发出异常标识信号；若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况发生的次数不大于3次，就发出正常标识信号。
优选地，上述预设值ΔM的大小等于被采集的电压在稳定时的峰峰值。当然也可依据实际需求自行设置。
清除步骤S4：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值。
上述清除步骤S4的具体实施过程如下：
清除存储在单片机的存储空间里的上述X1、X2......XN-1、XN，即这个设定时间段t内采集到的电压将不作为单片机的A/D采样输入电压。
输出步骤S5：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。
上述输出步骤S5的具体实施过程如下：
将这个设定时间段t内采集到的电压值输出，作为单片机的A/D采样的输入电压，以在单片机自带的数模转换器中进行数模转换。
结束。
如图2所示，是本发明电压采样方法第二优选实施例的流程图。本发明第二实施例与图1所示的第一实施例的区别在于：在第一实施例的基础上，本电压采样方法还包括：
预处理步骤SA：设置在所述采集步骤S1之前，对被采集的电压信号进行滤波处理。
上述预处理步骤SA的具体实施过程如下：
采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理，如采用电路结构简单的滤波电路。如图3所示，为滤波电路的电路图，该滤波电路优选地为RC滤波器，设置在单片机的A/D采样输入口，包括电阻R1和电容C1，对被采集的电压信号Ui进行初次滤波处理，以减小电压信号Ui中不稳定的尖峰电压部分对采集的电压值造成的误差。
如图4所示，是本发明中采集步骤S1中的波形示意图。
在设定时间段t内，以预设时间周期T连续采集多个电压值，该预设时间周期T＝t1-t0＝t2-t1＝......＝tN-tN-1；预设值ΔM的大小等于被采集的电压在稳定时的峰峰值；计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值，即ΔU1......ΔUH-1。
若ΔU1......ΔUN-1大于ΔM，则认为电压信号Ui不稳定，清除已存储的所述多个电压值；若ΔU1......ΔUN-1不大于ΔM，认为电压信号Ui稳定，输出已存储的所述多个电压值。
如图5所示，是本发明中比较步骤S3的第一实施例的流程图。本第一实施例中，首先将差值ΔU1、ΔU2......与预设值ΔM进行比较(如步骤S31所示)，即比较ΔU1与ΔM的大小、ΔU2与ΔM的大小......，若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM，则判断ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况的次数是否大于预设次数(如步骤31a所示)；若ΔU1、ΔU2......不大于预设值ΔM，则发出正常标识信号(如步骤S33所示)。
另外，若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况的次数大于所述预设次数，就发出异常标识信号(如步骤S32所示)，若ΔU1、ΔU2......大于预设值ΔM的情况的次数不大于所述预设次数，就发出正常标识信号(如步骤S33所示)。
本实施例中，所述预设次数不小于1。
在其它实施例中，也可对几个连续的预设时间周期的差值进行分析比较，若几个连续的预设时间周期内的差值均大于预设值ΔM，则发出异常标识信号，否则，发出正常标识信号。
如图6所示，是本发明中比较步骤S3的第二实施例的流程图。本第二实施例与图5所示的第一实施例的区别在于：首先将差值ΔU1、ΔU2......与预设值ΔM进行比较，ΔU1、ΔU2......中的任意一个一旦大于预设值ΔM(如步骤S31b所示)，立即发出异常标识信号(如步骤S32所示)，否则发出正常标识信号(如步骤S33所示)。
如图7所示，是本发明电压采样装置的第一实施例的方框图。本第一实施例中，该采样装置包括采集单元1、计算单元2、比较单元3、清除单元4和输出单元5，所述采集单元1、计算单元2和比较单元3依次相连，所述清除单元4和输出单元5均与比较单元3相连。其中，
采集单元1：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储。本采集单元1执行如图1、图2中采集步骤S1的具体实施过程，其波形示意图如图4所示，此处不再赘述。
计算单元2：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值。本计算单元2执行如图1和图2中计算步骤S2的具体实施过程，此处不再赘述。
比较单元3：将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号。本比较单元3执行如图1和图2中比较步骤S 3的具体实施过程，此处不再赘述。进一步地，比较单元3的实施过程有以下两种情况：
第一种：所述比较单元3对所述差值大于所述预设值的次数与预设次数进行比较，在所述差值大于所述预设值的次数大于所述预设次数时，发出所述异常标识信号；在所述差值大于所述预设值的次数不大于所述预设次数时，发出所述正常标识信号，特别的，所述预设次数不小于1。其具体如图5中比较步骤S3的实施过程，此处不再赘述。
第二种：在所述比较单元3中，所述差值一旦大于所述预设值，立即发出所述异常标识信号。其具体如图6中比较步骤S3的实施过程，此处不再赘述。
清除单元4：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值。本清除单元4执行如图1和图2中清除步骤S4的具体实施过程，此处不再赘述。
输出单元5：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。本输出单元5执行如图1和图2中输出步骤S5的具体实施过程，此处不再赘述。
如图8所示，是本发明采样装置的第二实施例的方框图。本第二实施例与图7所示的第一实施例的区别在于：在第一实施例的基础上，该采样装置在所述采集单元1之前设有预处理单元A，所述预处理单元A对被采集的电压信号先进行滤波处理。
本预处理单元A执行如图2中预处理步骤SA的具体实施过程，此处也不再赘述。
进一步地，所述预处理单元A采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理。优选地，所述滤波电路如图3所示，采用RC滤波器。
本文中所述的设定时间段、预设时间周期、预设值和预设次数据可依据实际需求进行选择设置。
本发明的电压采样方法及装置中，在设定时间段内，首先，以预设时间周期连续采集多个电压值并储存，然后，计算每两个相邻时间周期所采集到的电压值的差值并与预设值进行比较判断，若所述差值大于预设值，清除已存储的所述多个电压值，从而避免了在电压上升或下降的过程中采集电压时的误差，且对处理器的运算能力的要求较低。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电压采样方法，其特征在于，包括：
采集步骤：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储；
计算步骤：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值；
比较步骤：将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号；所述预设值的大小等于被采集的电压在稳定时的峰峰值；
清除步骤：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值；
输出步骤：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。
2.根据权利要求1所述的电压采样方法，其特征在于，还包括：
预处理步骤：设置在所述采集步骤之前，对被采集的电压信号进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的电压采样方法，其特征在于，在所述预处理步骤中，采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理。
4.根据权利要求1所述的电压采样方法，其特征在于，在所述比较步骤中，所述差值一旦大于所述预设值，立即发出所述异常标识信号。
5.根据权利要求1所述的电压采样方法，其特征在于，在所述比较步骤中，将所述差值大于所述预设值的次数与预设次数进行比较，所述预设次数不小于1，在所述差值大于所述预设值的次数大于所述预设次数时，发出所述异常标识信号；在所述差值大于所述预设值的次数不大于所述预设次数时，发出所述正常标识信号。
6.一种电压采样装置，其特征在于，包括：
采集单元：在设定时间段内，以预设时间周期连续采集多个电压值，并存储；
计算单元：计算相邻两个时间周期所采集到的电压值的差值；
比较单元：将所述差值与预设值进行比较，若所述差值大于所述预设值，则发出异常标识信号；若在所述差值不大于所述预设值，则发出正常标识信号；所述预设值的大小等于被采集的电压在稳定时的峰峰值；
清除单元：在接收到所述异常标识信号时，清除已存储的所述多个电压值；
输出单元：在接收到所述正常标识信号时，输出已存储的所述多个电压值。
7.根据权利要求6所述的电压采样装置，其特征在于，还包括：
预处理单元：在所述采集单元采集之前，对被采集的电压信号进行滤波处理。
8.根据权利要求7所述的电压采样装置，其特征在于，所述预处理单元采用滤波电路对被采集的电压信号进行滤波处理。
9.根据权利要求6所述的采样装置，其特征在于，在所述比较单元中，所述差值一旦大于所述预设值，立即发出所述异常标识信号。
10.根据权利要求6所述的电压采样装置，其特征在于，所述比较单元将所述差值大于所述预设值的次数与预设次数进行比较，所述预设次数不小于1，在所述差值大于所述预设值的次数大于所述预设次数时，发出所述异常标识信号；在所述差值大于所述预设值的次数不大于所述预设次数时，发出所述正常标识信号。
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