CN105388814A - 一种馈线智能终端及单极性ad采样双极性信号的采样方法 - Google Patents

一种馈线智能终端及单极性ad采样双极性信号的采样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法，终端包括总线板、电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元，模拟量采集单元包括单极性AD采样双极性信号采集装置，单极性AD采样双极性信号采集装置包括信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关、单片机，单片机D/A输出端与信号变送器公共端电连接，单片机A/D输入端与所述模拟开关电连接，信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关电连接，解决了现有的模拟量采集单元信号系统前置通道的信号噪声大，设备制造成本高的问题。

Description

一种馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法
技术领域
本发明涉及配网自动化技术领域，尤其涉及的是一种馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法。
背景技术
随着单片机技术的飞速发展，单片机的运行速度越来越高，集成的功能也越来越多，因此被广泛应用于信号采集、工业控制、家庭电气等电子信息领域。在现有的馈线智能终端的信号采集单元中，经常会使用到内部自带A/D(模/数转换器)和D/A(数/模转换器)的单片机，单片机内部自带的A/D一般为单极性(只有正向或反向的信号)，而采集的信号对象多为双极性信号(同时具有正向和反向信号)，因此使用单片机内部A/D的信号采集装置，需将外部的双极性信号转换成单极性信号后进行采样。目前双极性信号转换成单极性信号一般采用加法器实现，对于多通道的信号采集系统除了增加多通道模拟开关外，还需增加负电源发生器，完成对双极性信号的通道切换。加法器和负电源发生器的使用，一方面无可避免地增加了信号系统前置通道的信号噪声，同时降低了系统的采样精度及系统的稳定性和可靠性，另一方面增加了设备成本。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法，以解决现有技术的模拟量采集单元采样双极性信号时需要设置加法器和负电源发生器，增加了信号系统前置通道的信号噪声，降低了系统的采样精度及系统的稳定性和可靠性，另一方面也增加了设备制造成本的问题。
本发明的技术方案如下：
一种馈线智能终端，包括总线板、电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元，所述电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元分别安装在总线板的功能单元接口上，其中，
所述模拟量采集单元包括单极性AD采样双极性信号采集装置，所述单极性AD采样双极性信号采集装置包括信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关、单片机，所述单片机D/A输出端与信号变送器公共端电连接，单片机A/D输入端与所述模拟开关电连接，所述信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关电连接。
所述的馈线智能终端，其中，所述的单片机内部自带D/A转换器，D/A转换器的输出范围为0---2.4V。
所述的馈线智能终端，其中，所述的单片机内部自带用于采集单极性信号的单极性高精度A/D转换器。
所述的馈线智能终端，其中，所述的模拟开关为单极性模拟开关。
所述的馈线智能终端，其中，所述模拟量采集单元内配设有使模拟量采集免于校准调试的高精度互感器。
所述的馈线智能终端，其中，所述总线板上集成有电源总线，电源单元通过电源总线与核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元电连接，为各功能单元提供电源。
一种单极性AD采样双极性信号的采样方法，其中，包括以下步骤：
步骤a：通过信号变送器将双极性信号转换成电流信号，电流信号通过取样电阻转换成电压信号；
步骤b：电压信号通过滤波电容进行滤波；
步骤c：将连接于信号变送器公共端的单片机D/A输出端所输出的模拟电压信号对双极性信号进行垫振，把双极性信号转换成单极性信号；
步骤d：多路单极性信号通过模拟开关进行通道切换，选择采样通道；
步骤e：从模拟开关输出的单极性信号输入到单片机的A/D转换器的输入管脚，实现对单极性信号的A/D采样。
所述的单极性AD采样双极性信号的采样方法，其中，在步骤c中，所述单片机D/A输出端输出的模拟电压1.2V。
所述的单极性AD采样双极性信号的采样方法，其中，在步骤d中，所述模拟开关为单极性模拟开关。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种带有单极性AD采样双极性信号采集装置的馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法，解决了现有技术的模拟量采集单元采样双极性信号时需要设置加法器和负电源发生器，增加信号系统前置通道的信号噪声的问题，同时提高了系统的采样精度及系统的稳定性和可靠性，另一方面也降低了设备的制造成本。
附图说明
图1是本发明中模拟量采集单元与总线板连接示意图。
图2是本发明中单极性AD采样双极性信号采集装置的线路连接图。
图3是本发明中单极性AD采样双极性信号采样方法的步骤流程图。
附图标注说明：
1信号变送器、2取样电阻、3限幅二极管、滤波电容4、模拟开关5、单片机6
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
参阅图1和图2，本发明提供一种馈线智能终端，包括总线板、电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元，所述电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元分别安装在总线板的功能单元接口上。
模拟量采集单元功能如下：采集1路4-20mA直流电流，精度达到2‰；采集1路0-60V直流电压，精度达到2‰；采集9路0-6A交流电流，精度达到2‰；采集3路0-120V交流电压，精度达到2‰；自动识别总线板地址编码，通过内部双网通讯总线接入系统通讯系统；整理、分析并存储模块的原始数据；下发数据到核心处理单元；接受核心处理模块的数据；计算有功和无功功率、功率因数等多种电量，并整理为原始数据存储；三段式电流保护、反时限电流保护(三种曲线)、两段式零序电流保护，所有保护生成SOE事件信息，并整理为原始数据存储；所有保护参数均有防纠错处理，即本模拟量采集单元上电时，保护参数与核心处理及对外通讯单元的对应存储数据比较，如果不一致，报警提醒；可实现带电热拔插。
在模拟量采集单元对电流或电压信号进行采集时，采集的信号对象多为双极性信号(具有正向和反向信号)，需将外部的双极性信号转换成单极性信号(正向信号)后进行采样，为避免加法器和负电源发生器的使用造成信号系统前置通道的信号噪声增加以及成本增加的问题，在本实施例中，所述模拟量采集单元还包括单极性AD采样双极性信号采集装置，所述单极性AD采样双极性信号采集装置用于将双极性信号转换成单极性信号，再把单极性信号输入到单片机的A/D转换器的输入管脚，实现对单极性信号的A/D采样。所述单极性AD采样双极性信号采集装置包括信号变送器1、取样电阻2、限幅二极管3、滤波电容4、模拟开关5、单片机6，所述单片机6的D/A输出端与信号变送器1公共端电连接，单片机6的A/D输入端与所述模拟开关5电连接，所述信号变送器1、取样电阻2、限幅二极管3、滤波电容4、模拟开关5依次电连接。
进一步地，所述的单片机6内部自带D/A转换器，D/A转换器的输出范围为0---2.4V，优选地，本实施例中D/A转换器输出1.2V电压作为双极性信号的垫振电压，利用电路的叠加原理直接对双极性信号进行垫振，将双极性信号转换成单极性信号。由于A/D转换器的转换范围是0-2.4V，也就是所有输入到A/D转换器的信号需要满足0-2.4V才能被采集，而双极性信号一般为对称信号，因此垫振电压设置为AD转换范围的中点：1.2V，垫振电压和-1.2V的信号叠加后达到A/D转换器的转换范围的下限0V，垫振电压和1.2V信号叠加后达到A/D转换器的转换范围的上限2.4V，这样，双极性信号的输入范围为-1.2V---1.2V，满足双极性信号对称性的特点。
进一步地，所述的单片机6内部自带用于采集单极性信号的单极性高精度A/D转换器，高精度A/D转换器保证了信号采集的精度和稳定性。
进一步地，所述的模拟开关5为单极性模拟开关，双极性信号转换成单极性信号后多路单极性信号通过模拟开关5进行通道切换，选择采样的通道，从模拟开关输出的单极性信号接入单片机内部A/D转换器的输入管脚进行采样。
进一步地，所述模拟量采集单元内配设有高精度互感器，所述高精度互感器使模拟量采集单元得模拟量采集免于校准调试。
进一步地，所述总线板上集成有电源总线，电源单元通过电源总线与核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元电连接，为各功能单元提供电源。
优选地，为了避免某一功能单元出现故障时，必须关闭整个配网自动化终端，才能把故障功能单元拉出维修或更换，严重影响整个系统的运行，所述核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元内均配设有热插拔电路，所述热插拔电路与各功能单元内的CPU和电源总线连接，这样，更换某一故障功能单元时，整个配网自动化终端仍可正常运行，把系统故障的影响减到最低。
本发明还提供一种单极性AD采样双极性信号的采样方法，其中，包括以下步骤：
步骤a：通过信号变送器1将双极性信号转换成电流信号，电流信号通过取样电阻2转换成电压信号；
步骤b：电压信号通过滤波电容4进行滤波，抑制和防止信号的干扰；
步骤c：将连接于信号变送器1公共端的单片机6的D/A输出端所输出的模拟电压信号对双极性信号进行垫振，把双极性信号转换成单极性信号；
步骤d：多路单极性信号通过模拟开关5进行通道切换，选择采样通道；
步骤e：从模拟开关5输出的单极性信号输入到单片机6的A/D转换器的输入管脚，实现对单极性信号的A/D采样。
优选地，在步骤c中，所述单片机D/A输出端输出的用于垫振双极性信号的模拟电压为1.2V。
优选地，在步骤d中，所述模拟开关为单极性模拟开关。
本发明通过提供一种带有单极性AD采样双极性信号采集装置的馈线智能终端及单极性AD采样双极性信号的采样方法，解决了现有技术的模拟量采集单元采样双极性信号时需要设置加法器和负电源发生器，增加信号系统前置通道的信号噪声的问题；同时本发明简化了前置模拟通道电路设计，节省了电路成本；提高了模数转换速度，提升了系统执行效率；提高了系统的采样精度及系统的稳定性和可靠性。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种馈线智能终端，包括总线板、电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元，所述电源单元、核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元分别安装在总线板的功能单元接口上，其特征在于，
所述模拟量采集单元包括单极性AD采样双极性信号采集装置，所述单极性AD采样双极性信号采集装置包括信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关、单片机，所述单片机D/A输出端与信号变送器公共端电连接，单片机A/D输入端与所述模拟开关电连接，所述信号变送器、取样电阻、限幅二极管、滤波电容、模拟开关电连接。
2.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述的单片机内部自带D/A转换器，D/A转换器的输出范围为0---2.4V。
3.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述的单片机内部自带用于采集单极性信号的单极性高精度A/D转换器。
4.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述的模拟开关为单极性模拟开关。
5.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述模拟量采集单元内配设有使模拟量采集免于校准调试的高精度互感器。
6.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述总线板上集成有电源总线，电源单元通过电源总线与核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元电连接，为各功能单元提供电源。
7.根据权利要求1所述的馈线智能终端，其特征在于，所述核心处理及对外通讯单元、人机交互单元、开关量输入单元、模拟量采集单元和开关量输出单元内均配设有热插拔电路，所述热插拔电路与各功能单元内的CPU和电源总线连接。
8.一种单极性AD采样双极性信号的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：通过信号变送器将双极性信号转换成电流信号，电流信号通过取样电阻转换成电压信号；
步骤b：电压信号通过滤波电容进行滤波；
步骤c：将连接于信号变送器公共端的单片机D/A输出端所输出的模拟电压信号对双极性信号进行垫振，把双极性信号转换成单极性信号；
步骤d：多路单极性信号通过模拟开关进行通道切换，选择采样通道；
步骤e：从模拟开关输出的单极性信号输入到单片机的A/D转换器的输入管脚，实现对单极性信号的A/D采样。
9.根据权利要求8所述的单极性AD采样双极性信号的采样方法，其特征在于，在步骤c中，所述单片机D/A输出端输出的模拟电压1.2V。
10.根据权利要求8所述的单极性AD采样双极性信号的采样方法，其特征在于，在步骤d中，所述模拟开关为单极性模拟开关。
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