CN104868937B - 一种远程高速电力线信号采集还原装置及采集和还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程高速电力线信号采集还原装置及采集还原方法，它包括第一耦合器，第一耦合器与信号衰减器导线连接，信号衰减器与高速模数转换模块导线连接，高速模数转换模块、本地存储模块、高速数模转换模块均使用总线与主控模块连接，高速数模转换模块与第二耦合器导线连接；解决了现有技术的存在的需要在采集模块本地缓存中进行缓存，采集深度有限，同时采集完成之后须立即通过其他设备将数据转存，不能实现数据本地化存储，由于需要外接其他设备，严重制约了其在现场使用的问题。现有采集方案中，数据采集回来之后不能或仅能还原一小段信号数据，不能实现长时间连续的信号还原操作。

Description

一种远程高速电力线信号采集还原装置及采集和还原方法

技术领域

本发明属于电力线信号采集处理技术，尤其涉及一种远程高速电力线信号采集还原装置及采集和还原方法。

背景技术

在电力系统中，所有的用电设备均并联在电网中，用电设备的开启、运行、关闭，开关的断开与闭合，都会往电力线上工频信号上注入干扰信号，从而导致电力线上除了工频信号外充斥了其他频率的干扰信号，这些干扰信号对电力线载波通信造成干扰，甚至会影响电网的安全运行。通过分析干扰信号的组成，为电力线通信技术性能的提升研究及电网谐波治理提供现场数据依据。同时通过还原不同现场的电力线上信号，可用来作为测试各种电力线通信技术的抗干扰能力及谐波治理设备治理效果的依据。由于用电用户所使用的用电设备相对稳定，所以电力线上的干扰信号会伴随着用电用户的作息以天为单位周期的变化，为了研究电力线上整天的干扰信号变化情况，需对电力线进行周期性定时采样。目前现有的电力系统数据采集方案中，采用FPGA控制高速ADC进行数据采样，并需要在采集模块的本地缓存中进行缓存，采集深度有限，同时采集完成之后须立即通过其他设备将数据转存，不能实现数据本地化存储。由于需要外接其他设备，严重制约了其在现场的使用。现有采集方案中，数据采集回来之后不能或仅能还原一小段信号数据，不能实现长时间连续的信号还原操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种远程高速电力线信号采集还原装置及采集和还原方法，以解决现有技术的存在的采用FPGA控制高速ADC进行数据采样，并需要在采集模块本地缓存中进行缓存，采集深度有限，同时采集完成之后须立即通过其他设备将数据转存，不能实现数据本地化存储，由于需要外接其他设备，严重制约了其在现场使用的问题；现有信号还原方案中，数据采集回来之后不能或仅能还原一小段信号数据，不能实现长时间连续的信号还原操作。

本发明技术方案：

一种远程高速电力线信号采集还原装置，它包括第一耦合器，第一耦合器与信号衰减器导线连接，信号衰减器与高速模数转换模块导线连接，高速模数转换模块、本地存储模块和高速数模转换模块均使用总线与主控模块连接，高速数模转换模块与第二耦合器导线连接。

主控模块还与本地通信模块、远程通信模块和显示模块总线连接。

它包括预采集模式、持续采集模式和触发采集模式。

所述的预采集模式是通过主控模块控制高速模数转换模块进行数据采样操作，同时对所采集的信号进行分析处理，并在显示模块上显示当前所采集信号的幅度和频率信息。

所述的持续采集模式是指主控模块控制高速模数转换模块进行数据采集，不进行数据分析操作，仅将采集到的数据存储在本地存储模块，采集完成之后进行实验室分析及信号还原操作。

所述触发采集模式指主控模块控制高速模数转换模块采集数据，但不进行存储，通过主控模块设置触发存储条件的信号阈值，当所采集信号幅值达到阈值上门限时，主控模块将进行触发动作前的信号数据进行存储，并启动连续采集模式，所采集到信号幅值小于阈值下门限时，主控模块将停止数据存储动作，继续保持触发采集模数。

数据还原时，主控模块发出控制指令直接将数据信息从本地存储模块读取到高速数模转换模块，由高速数模转换模块转换后通过第二耦合器接入电力线。

本发明的有益效果：

本发明的远程高速电力线信号采集及还原装置，支持对电力线上所有信号数据的采集功能，同时可以在不增加额外的其他设备的情况下，完成对所采集信号数据的还原操作，同时可以根据系统需要，通过本地通信模块（USB）及远程通信模块（4G网络）将采集到的数据传输到PC机及服务器端，以便于数据存储及分析；本发明可以不依托网络进行数据采集工作，通过本地通信模块设置采集启动时间、采集持续时间等参数后，主控模块会自动依据所设置的参数信息进行工作。同时本发明可对现场所采集波形数据进行1:1还原操作，也可通过手动调节增益的方式对所还原信号进行放大，同时也可使用PC机通过本地通信模块（USB）及远程通信模块4G网络将历史采集信号数据下载到本装置中，进行指定信号数据的还原操作。

本发明可以在现场任意节点上进行信号采集及信号还原操作，不受任何外部环境、技术条件的约束，通过参数配置可在任意时间点、采集任意时间长度的信号，并可以设置为阈值触发方式，根据电力线上信号幅度的变化情况来动态进行信号采集动作，实现对电力线上信号的实时监控动作。

本发明的高速信号采集本地存储、恢复技术，信号采集过程中可以在两种模式中进行灵活的切换：预采集模式和连续采集模式进行连续信号高速采样，并实时进行数据本地存储，采集完成之后将数据通过本地通信模块（USB）或远程通信模块4G模块进行上传。

信号恢复过程中可以在多种模式中进行灵活切换，以实现一种或多种信号数据的不同类型的还原方式。支持通过本地通信模块（USB）及远程通信模块4G模块进行信号文件下发，这样可以实现各种历史采集信号的恢复功能。通过手动调节高速数模转换模块的增益来实现将微弱信号进行放大，可以灵活的模拟电网上各种信号叠加等情况，适用于不同的应用场合。

本发明解决了现有技术的存在的采用FPGA控制高速ADC进行数据采样，需要在采集模块本地缓存中进行缓存，采集深度有限，同时采集完成之后须立即通过其他设备将数据转存，不能实现数据本地化存储，由于需要外接其他设备，严重制约了其在现场使用的问题。现有采集方案中，数据采集回来之后不能或仅能还原一小段信号数据，不能实现长时间连续的信号还原操作。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式：

一种远程高速电力线信号采集还原装置，它包括第一耦合器，第一耦合器与信号衰减器导线连接，信号衰减器与高速模数转换模块导线连接，高速模数转换模块、本地存储模块和高速数模转换模块均通过总线与主控模块连接，高速数模转换模块与第二耦合器导线连接。

为防止输入信号超过高速模数转换模块的输入量程，需在信号输入到高速模数转换模块之前需做一定倍数的衰减动作，本发明采用信号衰减器来实现。

主控模块还与本地通信模块、远程通信模块和显示模块导线连接，本地通信模块采用在主控模块上集成USB接口来实现，远程通信模块采用4G模块来实现。

本发明的信号采集方式它包括预采集模式、持续采集模式和触发采集模式。

所述的预采集模式是通过主控模块控制高速模数转换模块进行数据采样操作，同时对所采集的信号进行分析处理，并在显示模块上显示当前所采集信号的幅度和频率信息，以帮助用户对当前时刻电力线上信号进行确认。

所述的持续采集模式是指主控模块控制高速模数转换模块进行数据采集，不进行数据分析操作，仅将采集到的数据存储在本地存储模块，采集完成之后进行实验室分析及信号还原操作。

所述触发采集模式指主控模块控制高速模数转换模块采集数据，但不进行存储，通过主控模块设置触发存储条件的信号阈值，当所采集信号幅值达到阈值上门限时，主控模块将进行触发动作前的信号数据进行存储，并启动连续采集模式，所采集到信号幅值小于阈值下门限时，主控模块将停止数据存储动作，继续保持触发采集模数，采用这样的采集模式可以节省本地存储卡的存储空间，增加监控持续时间，同时又可以相对完整的记录突发信号变化过程。

数据还原时，主控模块发出控制指令直接将数据信息从本地存储模块读取到高速数模转换模块，由高速数模转换模块转换后通过第二耦合器接入电力线。

高速模数转换模块的信号采集受主控模块控制，主控模块需产生一个稳定的频率来控制高速模数转换模块的正常工作进，行数据采集。

为了更好的进行高速模数转换模块的数据采集动作，使用高性能32位处理器作为主控模块，其具备丰富的IO资源以及片上资源，在内存中开辟6个用于数据缓存空间，每个空间大小与本地存储卡的页大小相同，依据所选配的高速模数转换模块的位宽不同，缓存空间中缓存信号长度不同。

使用处理器内部的DMA功能模块，在无需系统额外软件开销的情况下，DMA功能模块以恒定的速率完成从高速模数转换模块内的数据读取操作，在所配置的缓存空间满之后，以中断的形式通知，从而减小系统资源的开销，从而可以减少整个装置的系统成本。

当DMA完成一个缓存区域的填充之后，进行当前剩余缓存区域操作状态判断，若当前没有空闲的缓存区域、本地存储卡已经存满、系统终止信号采集工作时，不再启动DMA进行高速模数转换模块数据读取动作，同时关闭高速模数转换模块，以降低装置的功耗。

本地数据存储卡采用NAND FLASH作为存储介质，采用双块同时操作的方式进行数据存储，以提高效率，同时在每个块的结尾加上当前数据采集的信息戳。

在本地数据存储卡存储满之后，为防止之前所采集的信号数据被覆盖丢失，系统会自动停止高速模数转换模块的工作，并进行状态提醒。

本地存储模块采用外挂的方式，同时支持热插拔，在需要进行长时间连续采集动作，用户可以更换大容量的存储卡以增加数据记录时间或在当前所使用的存储卡存储满之后，直接进行存储卡更换操作，更换完存储卡之后继续进行数据采集操作即可。

数据采集完成之后，可通过本地通模块（USB）将当前所采集数据上传到电脑上，进行数据转存操作，在进行数据转存操作中，装置会根据本地存储卡中所记录的信号数据采集情况，自动的分成若干个独立的文件进行分开传输。同时可以通过远程通信模块4G通信模块，依据本地存储卡中所记录的信号数据采集情况，自动分成若干个独立的文件进行上传，以防止多次所采集的信号数据相互叠加。

高速数模转换模块还原数据受主控模块的控制，为了更真实的还原所采集到的信号，信号还原操作的运行控制时钟需与信号采集时的时钟保持严格的一致。

在进行信号还原操作时，依据本地存储卡中所存储的信号数据，本发明提供单个信号文件重复还原方式及多个信号文件连续还原的方式进行。

本发明接受到本地或远程4G模块下发的信号还原指令后，依据各块尾端的文件信息戳，对当前所连接的数据存储卡内数据进行检查，确定当前数据存储卡内数据所包含的信号数据文件信息，各信息文件的起始及终止地址信息。

本发明提供单文件单次、单文件循环、多文件连续单次、多文件连续循环等四种信号还原模式。

进行信号还原操作时，使用与信号采集时相同的内存缓存区域配置方式，从文件头开始一次顺序的将需还原的文件依次部分读入内存缓存区域中。同时使用处理器内部的DMA模块，在无需额外系统资源开销的情况下，自动的将数据写入到高速数模转换模块中，高速数模转换模块根据写入的数据，进行信号还原操作，当前缓存用空时，DMA通过中断通知。

在进行信号文件读取操作读取到一个文件的结尾时，根据当前所配置的信号还原模式来进行下一个文件块的读取方式。

在DMA完成一个缓存区域的写入操作之后，进行下一个缓存区域是否满及系统终止信号恢复工作状态检测，若没有可用的缓存区域，则停止对高速数模转换模块的写入操作，同时关闭高速数模转换模块，以节省系统待机功耗，同时进行信号还原完毕状态指示。

在进行信号还原操作中，装置提供信号筛选操作，可以通过设置信号数据还原的阈值门限，只有待还原的信号幅值达到上门限后，主控模块将触发点前的信号数据输入高速数模转换模块进行信号还原操作，在待还原信号幅度小于下门限后，主控模块停止对高速数模转换模块的数据写入，暂停信号还原操作，同时继续检索待还原信号文件数据检索比对。

在长时间数据采集中，信号文件会分散到多张数据卡中，在当前所使用的数据卡已经还原完成之后，直接进行本地数据卡更换操作，更换完成之后再进行信号还原操作。

本装置同时支持本地通信模块（USB）及远程通信模块的远程4G模块下发的信号文件还原的方式，这样方便与对历史记录的信号文件进行还原分析操作。在接收到本地通信模块或远程4G模块下发的信号文件时，先将下发数据进行本地化，以防止远程数据传输中断或延时时，数据还原操作出现停顿的情况，从而导致所还原的信号较原信号出现失真的情况。

在信号还原操作中，需将高速数模转换模块的输入信号进行与信号采集时所使用相同倍数的信号放大动作，对信号进行真实还原。

将信号还原之后，通过第二耦合器将信号注入到所需的电力线上，完成电力线信号从现场到实验室的拷贝功能。

Claims (3)

1.一种远程高速电力线信号采集还原装置的信号采集还原方法，所述装置它包括第一耦合器，第一耦合器与信号衰减器导线连接，信号衰减器与高速模数转换模块导线连接，高速模数转换模块、本地存储模块和高速数模转换模块均使用总线与主控模块连接，高速数模转换模块与第二耦合器导线连接；所述信号采集方法包括：

预采集模式、持续采集模式和触发采集模式；所述的预采集模式是通过主控模块控制高速模数转换模块进行数据采样操作，同时对所采集的信号进行分析处理，并在显示模块上显示当前所采集信号的幅度和频率信息；所述的持续采集模式是指主控模块控制高速模数转换模块进行数据采集，但不进行数据分析操作，仅将采集到的数据存储在本地存储模块，采集完成之后进行实验室分析及信号还原操作；所述触发采集模式指主控模块控制高速模数转换模块采集数据，但不进行存储，通过主控模块设置触发存储条件的信号阈值，当所采集信号幅值达到阈值上门限时，主控模块将进行触发动作前的信号数据进行存储，并启动连续采集模式，所采集到信号幅值小于阈值下门限时，主控模块将停止数据存储动作，继续保持触发采集模式。

2.根据权利要求1所述的一种远程高速电力线信号采集还原装置的信号采集还原方法，其特征在于：主控模块还与本地通信模块、远程通信模块和显示模块总线连接。

3.根据权利要求1所述的一种远程高速电力线信号采集还原装置的信号采集还原方法，其特征在于：数据还原时，主控模块发出控制指令直接将数据信息从本地存储模块读取到高速数模转换模块，由高速数模转换模块转换后通过第二耦合器接入电力线。