CN103151835B - 一种分布式dtu的采样同步方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式DTU的采样同步方法和装置，该分布式DTU包括主控板以及与主控板通过CAN网络通信连接的AD采集板，CAN网络由CAN模块组成，CAN模块内部集成一定时器，该方法包括：设置CAN模块的工作模式为时间戳模式；主控板向AD采集板发送起始报文；在AD采集板接收到所述起始报文时通过定时器记录当前第一计数值；主控板向AD采集板发送同步报文；在AD采集板接收到同步报文时通过定时器记录当前第二计数值；计算从主控板发送所述起始报文到主控板发送同步报文之间的时间差，并将时间差记为定时器的计时周期；在计时周期到达时，主控板与AD采集板触发采样脉冲。该方案简单实用、性能稳定且无需增加硬件成本。

Description

一种分布式DTU的采样同步方法和装置

技术领域

本发明涉及配网自动化领域，尤其涉及一种分布式DTU的采样同步方法和装置。

背景技术

应用现代计算机与通信技术中，采用配网自动化可以有效地提高供电质量与生产管理效率，因此，受到了供电部门科研生产单位的广泛重视。国际上一些发达国家的供电公司已大面积应用配网自动化，国内不少城市的供电公司（绍兴、济南、青岛、中山、泉州等）的配网自动化系统也达到了一定的规模。随着社会与经济水平的不断发展，用户对供电质量要求越来越高，实施配网自动化是供电部门的必然选择。

配网自动化系统由主站、通信网络、终端装置三部分组成。配电网自动化系统的终端装置，一般称为配电自动化终端或者配网自动化终端，用于中压配电网中的开闭所、重合器、柱上分段开关、环网柜、配电变压器、线路调压器、无功补偿电容器的监视与控制，与配网自动化主站通信，提供配电网运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配网设备进行调节控制的指令。配网终端是配网自动化系统的基本组成单元，其性能与可靠性直接影响到整个系统能否有效发挥作用。

开闭所、公用及用户配电所监控终端，一般称为站控终端，即DTU（Distribution Terminal Unit）。CAN是控制器局域网络的简称，其高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

通常，集中式DTU通过一台装置在本地采集电力进出线路同一点的电压电流进行遥测计量，分布式DTU需要对同一条电力线路的不同点分别进行电压和电流信号的采集。基于此，分布式DTU除了使用终端装置进行电压信号采集之外还需要使用多个智能监控单元进行电流信号采集，由于电压电流不是使用同一个板卡进行采集，如何实现电压电流采采样同步是保证遥测精度的关键所在。

目前，通过分布式DTU的实现采样同步有两种方法：1）板卡间发送对时报文，各个板卡解析报文后实现采样时钟同步，由于各板卡通过通信网络，例如CAN（Conroller Area Network, 控制器局域网络）、RS485等接收对时报文，解析报文，再触发同步后有时间差，而这些时间差无法度量，因此同步的效果较差，不能实现较高精度的计量功能；2）在板卡间额外增加一根线，用于发送对时脉冲，板卡通过检测该脉冲的上升沿或者下降沿，实现采样同步，该方法虽然能够实现高精度的采样同步，但是该方法存在两个弊端：一是抗干扰能力较差，受到干扰后会误触发采样同步；二是有的客户现场不希望额外提供一根线用于采样同步，从而增加了硬件成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术同步采样时抗干扰能力差和增加硬件成本的缺陷，提供一种性能稳定且无需增加硬件成本的分布式DTU的采样同步方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种分布式DTU的采样同步方法，所述分布式DTU包括主控板以及与所述主控板通过CAN网络通信连接的AD采集板，所述CAN网络由CAN模块组成，所述CAN模块内部集成一定时器，所述方法包括以下步骤：

S0.设置所述CAN模块的工作模式为时间戳模式；

S1.所述主控板向所述AD采集板发送起始报文;

S2.在所述AD采集板接收到所述起始报文时通过所述定时器记录当前第一计数值；

S3.所述主控板向所述AD采集板发送同步报文；

S4.在所述AD采集板接收到所述同步报文时通过所述定时器记录当前第二计数值；

S5.计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为所述定时器的计时周期；

S6. 以AD采集板接收到所述同步报文的时刻为初始时刻，在所述计时周期到达时，所述主控板与所述AD采集板触发采样脉冲。

优选地，在所述步骤S0与所述步骤S1之间还包括以下步骤：

检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态，若是，则执行步骤S1，若否，则步骤结束。

优选地，所述AD采集板上设有多个智能监控单元，其中，每个智能监控单元之间通过所述CAN网络连接。

优选地，所述主控板包括依次连接的第一主控器、第一AD芯片以及第一CAN接口模块，其中：

第一主控器，用于输出第一采样脉冲信号；

第一AD芯片，用于根据所述第一采样脉冲信号触发采集电压信号；

第一CAN接口模块，用于通过所述CAN网络发送所述电压信号。

优选地，所述智能监控单元包括依次连接的第二主控器、第二AD芯片以及第二CAN接口模块，其中：

第二主控器，用于输出第二采样脉冲信号；

第二AD芯片，用于根据所述第二采样脉冲信号触发采集电流信号；

第二CAN接口模块，用于通过所述CAN网络发送所述电流信号。

优选地，所述主控板以广播方式发送所述起始报文和所述同步报文。

优选地，计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差具体为将所述当前第一计数值减去所述当前第二计数值之后乘以所述定时器的时钟频率。

本发明还提供一种分布式DTU的采样同步装置，所述分布式DTU包括主控板以及与所述主控板通过CAN网络通信连接的AD采集板，所述CAN网络由CAN模块组成，所述CAN模块内部集成一定时器，所述装置包括：

设置单元，用于设置所述CAN模块的工作模式为时间戳模式；

第一发送单元，与所述设置单元连接，用于所述主控板向所述AD采集板发送起始报文;

第一记录单元，与所述第一发送单元连接，用于在所述AD采集板接收到所述起始报文时通过所述定时器记录当前第一计数值；

第二发送单元，与所述第一记录单元连接，用于所述主控板向所述AD采集板发送同步报文；

第二记录单元，与所述第二发送单元连接，用于在所述AD采集板接收到所述同步报文时通过所述定时器记录当前第二计数值；

计算单元，与所述第二记录单元连接，用于计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为所述定时器的计时周期；

触发单元，与所述计算单元连接，用于在所述计时周期到达时，所述主控板与所述AD采集板触发采样脉冲。

优选地，所述装置还包括与所述设置单元和所述第一发送单元连接的检测单元，其中：

所述检测单元，用于检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态。

优选地，所述AD采集板上设有多个智能监控单元，其中，每个智能监控单元之间通过所述CAN网络连接。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过使用CAN模块的定时器功能采用计算接收起始报文和同步报文时间差来补偿延时的方式实现分布式DTU的采样对时，从而能够在不增加硬件结构的前提下解决触发采样有时间差的问题，做到高精度的同步采样，该技术方案简单实用、性能稳定且无需增加硬件成本。

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是本发明分布式DTU的结构示意图；

图2是本发明AD采集板的结构示意图；

图3是本发明主控板和智能监控单元的结构示意图；

图4是本发明分布式DTU的采样同步方法的流程图；

图5是本发明分布式DTU的采样同步装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

请参阅图1，图1是本发明分布式DTU的结构示意图，如图1所示，该分布式DTU包括主控板100以及与所述主控板100通过CAN网络通信连接的AD（Analog Digital，模拟数字）采集板200。也就是说，通过CAN网络实现主控板100与AD采集板之间的采样同步。

请结合参阅图2，图2是本发明AD采集板的结构示意图，如图2所示，所述AD采集板上设有多个智能监控单元，例如智能监控单元210、智能监控单元220…能监控单元2N0,其中，N为自然数，应当说明的是，每个智能监控单元之间通过所述CAN网络连接，例如，智能监控单元210与智能监控单元220之间通过CAN网络连接。值得注意的是，所述CAN网络由CAN模块组成，其中，所述CAN模块内部集成一定时器。所述定时器包括时间戳模式和时间触发模式。也就是说，通过使用CAN模块的定时器功能实现分布式DTU的采样对时。

在本实施例中，如图3所示，所述主控板100包括依次连接的第一主控器101、第一AD芯片102以及第一CAN接口模块103，以智能监控单元210为例，智能监控单元210包括依次连接的第二主控器201、第二AD芯片202以及第二CAN接口模块203，下面介绍各个部分的作用：

第一主控器101，用于输出第一采样脉冲信号。

第一AD芯片102，用于根据所述第一采样脉冲信号触发采集电压信号。

第一CAN接口模块103，用于通过所述CAN网络发送所述电压信号。

第二主控器201，用于输出第二采样脉冲信号。

第二AD芯片202，用于根据所述第二采样脉冲信号触发采集电流信号。

第二CAN接口模块203，用于通过所述CAN网络发送所述电流信号。

上述实施例中，通过不改动现有硬件架构的基础上，通过在CAN模块中内置定时器，计算接收同步报文和起始报文的时间差，并通过定时器在触发采样时弥补上述时间差，从而实现了高精度采样同步，从而使得分布式DTU的性能大幅提高,尤其是遥测性能。

实施例二：

请参阅图4，图4是本发明分布式DTU的采样同步方法的流程图，如图4所示，所述方法包括以下步骤：

在步骤S0中，设置CAN模块的工作模式为时间戳模式。即在发送和接收报文时都会带有时间。

在步骤S01中，检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态，若是，则执行步骤S1，若否，则步骤结束，也就是说，取消本次触发，等待下一次触发。在本实施例中，定时器自身带有一个16位的寄存器，当定时器运行一个时钟频率的时候，该寄存器就加一，在此不再赘述。另外，该步骤并不是必要的，在其他实施例中，若该CAN模块已经进行初始化了，其发送寄存器也必定处于空闲状态，所以该步骤可省略。

在步骤S1中，所述主控板100向所述AD采集板200发送起始报文；该步骤发送起始报文的作用是告诉AD采集板200可以开始触发采样同步了。

在步骤S2中，在所述AD采集板200接收到所述起始报文时记录当前第一计数值，此时AD采集板200需要暂停当前系统的其它处理任务，保证能够以最快时间接收并处理主控板100发送的下一帧数据，应当说明的是，在该步骤中，AD采集板200在接收到该起始报文的同时解析该起始报文。

在步骤S3中，所述主控板100向所述AD采集板200发送同步报文。

在本实施例中，所述主控板100以广播方式发送所述起始报文和所述同步报文。

在步骤S4中，在所述AD采集板200接收到所述同步报文时记录当前第二计数值。同样地，在该步骤中，AD采集板200在接收到该同步报文的同时解析该同步报文。

在本实施例中，所述当前第一计数值和所述当前第二计数值均由所述定时器计数。

在步骤S5中，计算所述主控板100发送所述起始报文与所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为计时周期。需要解释的是，计算所述主控板发送所述起始报文与所述同步报文之间的时间差具体为将所述当前第一计数值减去所述当前第二计数值之后乘以所述定时器的时钟频率。

在步骤S6中，以AD采集板接收到所述同步报文的时刻为初始时刻，在所述计时周期到达时，所述主控板100与所述AD采集板200触发采样脉冲。需要解释的是，在所述周期到达时是指，以AD采集板接收到所述同步报文的时刻为初始时刻，加上1个计时周期时，第一次触发采样脉冲，加上2个计时周期时，再一次触发采样脉冲，依次类推，但是第一次触发是在第一个计时周期到来时，而不是初始时刻。

上述实施例中，通过CAN模块的发送寄存器保证主控板和智能监控单元进行采样同步时处于空闲状态，能够及时进行采样同步；通过CAN模块特有的时间戳功能，将主控板与智能监控单元在CAN网络上传输的时间差精确计算出来，进一步保证主控板与智能监控单元能够实现高精度的采样同步。

本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

实施例三：

请参阅图5，图5是本发明分布式DTU的采样同步装置的结构示意图，如图5所示，所述装置包括依次连接的设置单元501、检测单元502、第一发送单元503、第一记录单元504、第二发送单元505、第二记录单元506、计算单元507和触发单元508。下面具体介绍各个部分的作用：

设置单元501，用于设置所述CAN模块的工作模式为时间戳模式。

检测单元502，用于检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态。应当说明的是，同样地，在其他的实施例中，该检测单元502也可省去，在此不再赘述。

第一发送单元503，用于所述主控板向所述AD采集板发送起始报文。

第一记录单元504，用于在所述AD采集板接收到所述起始报文时通过所述定时器记录当前第一计数值。

第二发送单元505，用于所述主控板向所述AD采集板发送同步报文。

第二记录单元506，用于在所述AD采集板接收到所述同步报文时通过所述定时器记录当前第二计数值。

计算单元507，用于计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为所述定时器的计时周期。

触发单元508，用于在所述计时周期到达时，所述主控板与所述AD采集板触发采样脉冲。

相较于现有技术，通过CAN网络实现主控板与AD采集板之间的同步采样，同时通过使用CAN模块的定时器功能实现分布式DTU的采样对时，该技术方案简单实用、性能稳定且无需增加硬件成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式DTU的采样同步方法，所述分布式DTU包括主控板以及与所述主控板通过CAN网络通信连接的AD采集板，其特征在于，所述CAN网络由CAN模块组成，所述CAN模块内部集成一定时器，所述方法包括以下步骤：

S0.设置所述CAN模块的工作模式为时间戳模式；

S1.所述主控板向所述AD采集板发送起始报文；

S2.在所述AD采集板接收到所述起始报文时通过所述定时器记录当前第一计数值；

S3.所述主控板向所述AD采集板发送同步报文；

S4.在所述AD采集板接收到所述同步报文时通过所述定时器记录当前第二计数值；

S5.计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为所述定时器的计时周期；

S6.以AD采集板接收到所述同步报文的时刻为初始时刻，在所述计时周期到达时，所述主控板与所述AD采集板触发采样脉冲。

2.根据权利要求1所述的采样同步方法，其特征在于，在所述步骤S0与所述步骤S1之间还包括以下步骤：

检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态，若是，则执行步骤S1，若否，则步骤结束。

3.根据权利要求1所述的采样同步方法，其特征在于，所述AD采集板上设有多个智能监控单元，其中，每个智能监控单元之间通过所述CAN网络连接。

4.根据权利要求3所述的采样同步方法，其特征在于，所述主控板包括依次连接的第一主控器、第一AD芯片以及第一CAN接口模块，其中：

第一主控器，用于输出第一采样脉冲信号；

第一AD芯片，用于根据所述第一采样脉冲信号触发采集电压信号；

第一CAN接口模块，用于通过所述CAN网络发送所述电压信号。

5.根据权利要求3所述的采样同步方法，其特征在于，所述智能监控单元包括依次连接的第二主控器、第二AD芯片以及第二CAN接口模块，其中：

第二主控器，用于输出第二采样脉冲信号；

第二AD芯片，用于根据所述第二采样脉冲信号触发采集电流信号；

第二CAN接口模块，用于通过所述CAN网络发送所述电流信号。

6.根据权利要求1所述的采样同步方法，其特征在于，所述主控板以广播方式发送所述起始报文和所述同步报文。

7.根据权利要求1所述的采样同步方法，其特征在于，计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差具体为将所述当前第一计数值减去所述当前第二计数值之后乘以所述定时器的时钟频率。

8.一种分布式DTU的采样同步装置，所述分布式DTU包括主控板以及与所述主控板通过CAN网络通信连接的AD采集板，其特征在于，所述CAN网络由CAN模块组成，所述CAN模块内部集成一定时器，所述装置包括：

设置单元，用于设置所述CAN模块的工作模式为时间戳模式；

第一发送单元，与所述设置单元连接，用于所述主控板向所述AD采集板发送起始报文；

第一记录单元，与所述第一发送单元连接，用于在所述AD采集板接收到所述起始报文时通过所述定时器记录当前第一计数值；

第二发送单元，与所述第一记录单元连接，用于所述主控板向所述AD采集板发送同步报文；

第二记录单元，与所述第二发送单元连接，用于在所述AD采集板接收到所述同步报文时通过所述定时器记录当前第二计数值；

计算单元，与所述第二记录单元连接，用于计算从所述主控板发送所述起始报文到所述主控板发送所述同步报文之间的时间差，并将所述时间差记为所述定时器的计时周期；

触发单元，与所述计算单元连接，以AD采集板接收到所述同步报文的时刻为初始时刻，用于在所述计时周期到达时，所述主控板与所述AD采集板触发采样脉冲。

9.根据权利要求8所述的采样同步装置，其特征在于，所述装置还包括与所述设置单元和所述第一发送单元连接的检测单元，其中：

所述检测单元，用于检测所述CAN模块的发送寄存器是否处于空闲状态。

10.根据权利要求8所述的采样同步装置，其特征在于，所述AD采集板上设有多个智能监控单元，其中，每个智能监控单元之间通过所述CAN网络连接。