CN106405226A - 一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、模数转换器、数字信号处理模块、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路和窄带天线；基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统还包括依次连接的比例耦合感应电路、功分器、高次谐波滤波器、高次谐波频段匹配阻抗网络、射频开关、高次谐波积分器、高次谐波检波器、高次谐波比较器。此技术方案，能够抑制采样噪声和频谱泄漏的分布和幅度，以及频域混叠的影响，进而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据。

Description

一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统

技术领域

本发明涉及电表系统技术领域，具体涉及一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统。

背景技术

我国电网的频率是50Hz，电力行业将频率为50Hz的信号称之为基波，并将那些频率是基波整数倍的信号称之为谐波。在理想情况下，电网中是不该存在谐波成分的。但在实际电网中，由于存在各种的非线性用电设备，如：电弧炉、可控换流器、荧光灯等，向电网中注入各种干扰，使得电网中存在大量的谐波信号。

随着各行业对谐波的重视，电网谐波的检测也在不断的得到改进，各种不同的算法应运而生，且在不断的推陈出新，使得谐波的检测更加精准。从最初通过高通滤波器实现的模拟滤波算法，发展到最新的基于神经网络的检测方法。最初的算法存在较大的误差，而新的神经网络方法虽然检测精度高，但对数据的敏感度较低，而且算法也不是很成熟。目前电力行业中，普遍使用的是基于傅里叶变换的检测算法，该方法有着广泛的理论依据，电量信号通过傅里叶变换可以准确的得到各次谐波的幅值和相角。基于傅里叶变换的谐波测量是由离散傅里叶变换—DFT(Discrete Fourier Transform)和快速傅里叶变换—FFT(FastFourier Transform)两种数学变换实现。该测量方法虽然简单，并且也能得到比较高的精度，但当采样频率和信号频率不同步时容易发生频谱泄漏问题，因此，对频谱泄漏问题的解决，也十分的重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够抑制采样噪声和频谱泄漏的分布和幅度，以及频域混叠的影响，进而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据的基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、模数转换器、数字信号处理模块、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路和窄带天线；基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统还包括依次连接的比例耦合感应电路、功分器、高次谐波滤波器、高次谐波频段匹配阻抗网络、射频开关、高次谐波积分器、高次谐波检波器、高次谐波比较器；所述功分器处依次连接有低次谐波滤波器、低次谐波频段匹配阻抗网络、低频开关、低次谐波积分器、低次谐波检波器和低次谐波比较器；前端感应电路处依次连接有鉴相模块和采样运算配置参数锁存器；采样运算配置参数锁存器处分别连接有数字信号处理模块、嵌入式处理器模块和高次谐波比较器和低次谐波比较器；嵌入式处理器模块处依次连接有编码显示驱动电路、图像采集模块、图像识别模块、图像信号传输模块、高频滤波衰减电路和宽带天线；嵌入式处理器模块分别连接有图像信号传输模块、无线收发模块、电能采集电路、数字信号处理模块、射频开关、低频开关和计时器。

前端感应电路：用于感应电压和电流、并转化成前端电参量信息输入前端预处理电路。

前端预处理电路：用于接收滤波处理后的前端电参量信息、并进行衰减和滤波。

模数转换器：用于将前端预处理电路输出的模拟信号转换成数字信号。

数字信号处理模块：用于接收模数转换器的数字信号，在调取采样运算配置参数锁存器的配置参数后，对采样数字信号进行序列的加窗处理和快速傅里叶变换等运算处理，从而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，并把测量数据输入电能采集电路。

电能采集电路：用于数字信号处理模块输出的信号，基于不同频率的采样时钟，通过计算和查找表方式，转换成电参量信号。

接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，以下简称为“电平模式电能参量信号”。

嵌入式处理器模块：用于对接口电路输入的信号、调制解调电路输入的信号、无线收发模块输入的信号、图像信号传输模块输入的信号、数字信号处理模块输入的信号、计时器输入的信号进行处理；并向电能采集电路输入控制信号、向数字信号处理模块输入控制信号、向采样运算配置参数锁存器输入控制信号、向射频开关输入控制信号、向低频开关输入控制信号、向计时器输入控制信号、向调制解调电路输入控制信号、向无线收发模块输入控制信号、向图像信号传输模块输入控制信号、向编码驱动显示电路输入控制信号。

调制解调电路：用于将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块；用于将无线收发模块输入的信号进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

无线收发模块：用于将调制后的信号进行载波放大后、再输出发射；用于将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行解调。无线收发模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

低频滤波衰减电路：用于对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

窄带天线：用于发射低频无线信号；用于接收低频无线信号。

编码驱动显示电路：用于接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大后进行显示。

图像采集模块：用于采集显示模块的显示信息的图像。

图像识别模块：用于识别图像采集模块采集到的图像中的显示模式电能参量信号，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后，输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块：用于图像识别模块输入的处理后的电能参量信号，进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输。图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

高频滤波衰减电路：用于对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

宽带天线：用于发射高频无线信号。

比例耦合感应电路：用于按照一定比例耦合感应电压和电流、并把耦合到的信号输出到功分器。

功分器：用于将单路输入信号进行双路输出，每一路输出信号的功率为单路输入信号的百分之五十。

高次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号可以通过滤波器。

高次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输。

射频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对高次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作。

高次谐波积分器：用于对高次谐波信号进行积分运算。

高次谐波检波器：用于对高次谐波信号在一定时间内积分后进行检波处理。

高次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的高次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的高次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的高次谐波标准阈值，则输出低电平。

低次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号可以通过滤波器。

低次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输。

低频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对低次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作。

低次谐波积分器：用于对低次谐波信号进行积分运算。

低次谐波检波器：用于对低次谐波信号在一定时间内积分后进行检波处理。

低次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的低次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的低次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的低次谐波标准阈值，则输出低电平。

鉴相模块：用于鉴别感应电信号的相位差，并将鉴相结果输入到采样运算配置参数锁存器。

采样运算配置参数锁存器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，锁存一位状态标示位，为“0”或者“1”；锁存鉴相模块的鉴相结果数据；锁存高次谐波比较器和低次谐波比较器的比较结果数据，并根据嵌入式处理器模块的控制指令，将锁存的结果数据转换成数字信号处理模块进行信号采样和快速傅里叶变换运算时所需要的配置参数、并向数字信号处理模块输出采样运算配置参数。

计时器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，设置计时数值，进行计时，计时完成后向嵌入式处理器模块返回计时完成信号。

作为优选的，所述嵌入式处理器模块比例耦合工作流程包括以下步骤：

第1步，嵌入式处理器模块待机工作方式工作时检测低频无线信号的采集指令，状态标示位设置为“0”，若没有接收到采集指令，则重复第1步；若接收到采集指令，则进入第2步；

第2步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块、电能采集电路发送电参量采集指令，常规电参量测量工作方式；向射频开关和低频开关发送开启射频开关、开启低频开关的指令，状态标示位设置为“1”，完成后进入第3步；

第3步，嵌入式处理器模块设置计时器时间阈值，完成后进入第4步；

第4步，嵌入式处理器模块向计时器发送计时指令，完成后进入第5步；

第5步，嵌入式处理器模块检测是否收到计时器计时完成信号，若检测到计时器计时完成信号，则进入第6步；若未检测到计时器计时完成信号，则返回第5步；

第6步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取鉴相模块的输出相移参数数据的指令，完成后进入第7步；

第7步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取锁存高次谐波比较器的输出信号和低次谐波比较器的输出信号的指令，若两者都为低电平，且状态标示位为“2”，则进入第12步和第13步；否则，则进入第8步；

第8步，嵌入式处理器模块向射频开关和低频开关发送关闭射频开关、关闭低频开关的指令，完成后进入第9步；

第9步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送输出配置参数数据的指令，完成后进入第10步；

第10步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块发送读取采样运算配置参数锁存器配置参数数据的指令，完成后进入第11步；

第11步，嵌入式处理器模块检测是否收到数字信号处理模块参数配置完成信号，若检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则状态标示位设置为“2”，进入第3步；若未检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则返回第11步；

第12步，嵌入式处理器模块控制无线收发模块开启数据发射工作方式，完成后进入第13步；

第13步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块是否发送操作完成信号，如果无线收发模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果无线收发模块未发送操作完成信号，则返回第12步；

第14步，嵌入式处理器模块控制图像信号传输模块开启数据发射工作方式，完成后进入第15步；

第15步，嵌入式处理器模块检测图像信号传输模块是否发送操作完成信号，如果图像信号传输模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果图像信号传输模块未发送操作完成信号，则返回第14步；

第16步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块和图像信号传输模块是否全部发送操作完成信号，如果未检测到全部发送操作完成信号，则重复第16步；如果检测到全部发送操作完成信号，则返回第1步。

本发明的优点是：本发明针对上述新时期出现的产品进步需求带来的短板效应，和技术滞后造成的产品精度差、可靠性低等问题，设计了与前端感应电路并行的比例耦合感应支路，并利用功分器通过设置的高次谐波通道和低次谐波通道分别提取了感应电信号的实时高次谐波分量特征数据和实时低次谐波分量特征数据，并分别与高次谐波标准阈值和低次谐波标准阈值比较得出判决参数数据，加之设置鉴相模块获得的相移参数数据，共同经采样运算配置参数锁存器转换成数字信号处理模块进行信号采样和快速傅里叶变换运算时所需要的配置参数，在嵌入式处理器模块指令下对数字信号处理模块进行工作参数配置，确定了采样过程对谐波信号的幅值和相位的调制影响，大幅减少了延时单元的个数，给出了最优化的采样频率、采样点数、算法调用、序列加窗和快速傅里叶变换运算点数等运算处理，最大程度上抑制了采样噪声和频谱泄漏的分布和幅度，以及频域混叠的影响，进而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，达到近似理想同步采样的结果。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例嵌入式处理器模块比例耦合工作方式流程图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明公开的一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、模数转换器、数字信号处理模块、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路、窄带天线；包括依次连接的比例耦合感应电路、功分器、高次谐波滤波器、高次谐波频段匹配阻抗网络、射频开关、高次谐波积分器、高次谐波检波器、高次谐波比较器；功分器又与低次谐波滤波器、低次谐波频段匹配阻抗网络、低频开关、低次谐波积分器、低次谐波检波器、低次谐波比较器依次连接；前端感应电路又与鉴相模块、采样运算配置参数锁存器依次连接；采样运算配置参数锁存器又分别与数字信号处理模块、嵌入式处理器模块、高次谐波比较器、低次谐波比较器连接；嵌入式处理器模块又与编码显示驱动电路、图像采集模块、图像识别模块、图像信号传输模块、高频滤波衰减电路、宽带天线依次连接；嵌入式处理器模块又分别与图像信号传输模块、无线收发模块、电能采集电路、数字信号处理模块、射频开关、低频开关、计时器连接。

前端感应电路：用于感应电压和电流、并转化成前端电参量信息输入前端预处理电路。

前端预处理电路：用于接收滤波处理后的前端电参量信息、并进行衰减和滤波。

模数转换器：用于将前端预处理电路输出的模拟信号转换成数字信号。

数字信号处理模块：用于接收模数转换器的数字信号，在调取采样运算配置参数锁存器的配置参数后，对采样数字信号进行序列的加窗处理和快速傅里叶变换等运算处理，从而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，并把测量数据输入电能采集电路。

电能采集电路：用于数字信号处理模块输出的信号，基于不同频率的采样时钟，通过计算和查找表方式，转换成电参量信号。

接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号。嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，以下简称为“电平模式电能参量信号”。

嵌入式处理器模块：用于对接口电路输入的信号、调制解调电路输入的信号、无线收发模块输入的信号、图像信号传输模块输入的信号、数字信号处理模块输入的信号、计时器输入的信号进行处理；并向电能采集电路输入控制信号、向数字信号处理模块输入控制信号、向采样运算配置参数锁存器输入控制信号、向射频开关输入控制信号、向低频开关输入控制信号、向计时器输入控制信号、向调制解调电路输入控制信号、向无线收发模块输入控制信号、向图像信号传输模块输入控制信号、向编码驱动显示电路输入控制信号。

调制解调电路：用于将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块；用于将无线收发模块输入的信号进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

无线收发模块：用于将调制后的信号进行载波放大后、再输出发射；用于将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行解调。无线收发模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

低频滤波衰减电路：用于对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

窄带天线：用于发射低频无线信号；用于接收低频无线信号。

编码驱动显示电路：用于接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大后进行显示。

图像采集模块：用于采集显示模块的显示信息的图像。

图像识别模块：用于识别图像采集模块采集到的图像中的显示模式电能参量信号，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后，输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块：用于图像识别模块输入的处理后的电能参量信号，进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输。图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。

高频滤波衰减电路：用于对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路。

宽带天线：用于发射高频无线信号。

比例耦合感应电路：用于按照一定比例耦合感应电压和电流、并把耦合到的信号输出到功分器。

功分器：用于将单路输入信号进行双路输出，每一路输出信号的功率为单路输入信号的百分之五十。

高次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号可以通过滤波器。

高次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输。

射频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对高次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作。

高次谐波积分器：用于对高次谐波信号进行积分运算。

高次谐波检波器：用于对高次谐波信号在一定时间内积分后进行检波处理。

高次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的高次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的高次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的高次谐波标准阈值，则输出低电平。

低次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号可以通过滤波器。

低次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输。

低频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对低次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作。

低次谐波积分器：用于对低次谐波信号进行积分运算。

低次谐波检波器：用于对低次谐波信号在一定时间内积分后进行检波处理。

低次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的低次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的低次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的低次谐波标准阈值，则输出低电平。

鉴相模块：用于鉴别感应电信号的相位差，并将鉴相结果输入到采样运算配置参数锁存器。

采样运算配置参数锁存器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，锁存一位状态标示位，为“0”或者“1”；锁存鉴相模块的鉴相结果数据；锁存高次谐波比较器和低次谐波比较器的比较结果数据，并根据嵌入式处理器模块的控制指令，将锁存的结果数据转换成数字信号处理模块进行信号采样和快速傅里叶变换运算时所需要的配置参数、并向数字信号处理模块输出采样运算配置参数。

计时器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，设置计时数值，进行计时，计时完成后向嵌入式处理器模块返回计时完成信号。

整体工作方式可分为：(1)待机工作方式，(2)常规电参量测量工作方式，(3)比例耦合工作方式，(4)数据发射工作方式。

(1)待机工作方式

由窄带天线接收低频无线信号，输入到低频滤波衰减电路，然后对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，无线收发模块在获得嵌入式处理器模块的控制指令后，将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块。

(2)常规电参量测量工作方式

前端感应电路感应电压和电流转化成电参量信息输入前端预处理电路，并通过前端预处理电路滤波衰减后输入模数转换器转换成数字信号，进入数字信号处理模块进行序列的加窗处理和快速傅里叶变换等运算处理，从而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，测量数据输入电能采集电路；电能采集电路通过比例计算和查找表方式，将电参量信息转换成电能参量信号，送入接口电路进行电平和频率转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号，即电平模式电能参量信号，输入嵌入式处理器模块。

(3)比例耦合工作方式

见图2、嵌入式处理器模块比例耦合工作方式流程包括以下步骤：

第1步，嵌入式处理器模块待机工作方式工作时检测低频无线信号的采集指令，状态标示位设置为“0”，若没有接收到采集指令，则重复第1步；若接收到采集指令，则进入第2步；

第2步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块、电能采集电路发送电参量采集指令，常规电参量测量工作方式；向射频开关和低频开关发送开启射频开关、开启低频开关的指令，状态标示位设置为“1”，完成后进入第3步；

第3步，嵌入式处理器模块设置计时器时间阈值，完成后进入第4步；

第4步，嵌入式处理器模块向计时器发送计时指令，完成后进入第5步；

第5步，嵌入式处理器模块检测是否收到计时器计时完成信号，若检测到计时器计时完成信号，则进入第6步；若未检测到计时器计时完成信号，则返回第5步；

第6步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取鉴相模块的输出相移参数数据的指令，完成后进入第7步；

第7步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取锁存高次谐波比较器的输出信号和低次谐波比较器的输出信号的指令，若两者都为低电平，且状态标示位为“2”，则进入第12步和第13步；否则，则进入第8步；

第8步，嵌入式处理器模块向射频开关和低频开关发送关闭射频开关、关闭低频开关的指令，完成后进入第9步；

第9步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送输出配置参数数据的指令，完成后进入第10步；

第10步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块发送读取采样运算配置参数锁存器配置参数数据的指令，完成后进入第11步；

第11步，嵌入式处理器模块检测是否收到数字信号处理模块参数配置完成信号，若检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则状态标示位设置为“2”，进入第3步；若未检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则返回第11步；

第12步，嵌入式处理器模块控制无线收发模块开启数据发射工作方式，完成后进入第13步；

第13步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块是否发送操作完成信号，如果无线收发模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果无线收发模块未发送操作完成信号，则返回第12步；

第14步，嵌入式处理器模块控制图像信号传输模块开启数据发射工作方式，完成后进入第15步；

第15步，嵌入式处理器模块检测图像信号传输模块是否发送操作完成信号，如果图像信号传输模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果图像信号传输模块未发送操作完成信号，则返回第14步；

第16步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块和图像信号传输模块是否全部发送操作完成信号，如果未检测到全部发送操作完成信号，则重复第16步；如果检测到全部发送操作完成信号，则返回第1步。

(4)数据发射工作方式

在“比例耦合工作方式”的基础上，调制解调电路将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块。无线收发模块在获得嵌入式处理器模块的控制指令后，将调制解调电路调制后的信号进行载波放大后、再输入到低频滤波衰减电路。无线收发模块在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。低频滤波衰减电路对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，最后输入到窄带天线进行发射。

同时，在“比例耦合工作方式”的基础上，编码驱动显示电路接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大后进行显示。图像采集模块采集显示模块的显示信息的图像，将图像输入图像识别模块对图像采集模块采集到的图像中的信号进行识别，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后输入到图像信号传输模块。

图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，对图像识别模块输入的信号进行编码，再进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号。高频滤波衰减电路对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减处理，最后输入到宽带天线进行发射。

本发明设计了与前端感应电路并行的比例耦合感应支路，并利用功分器通过设置的高次谐波通道和低次谐波通道分别提取了感应电信号的实时高次谐波分量特征数据和实时低次谐波分量特征数据，并分别与高次谐波标准阈值和低次谐波标准阈值比较得出判决参数数据，加之设置鉴相模块获得的相移参数数据，共同经采样运算配置参数锁存器转换成数字信号处理模块进行信号采样和快速傅里叶变换运算时所需要的配置参数，在嵌入式处理器模块指令下对数字信号处理模块进行工作参数配置，确定了采样过程对谐波信号的幅值和相位的调制影响，大幅减少了延时单元的个数，给出了最优化的采样频率、采样点数、算法调用、序列加窗和快速傅里叶变换运算点数等运算处理，最大程度上抑制了采样噪声和频谱泄漏的分布和幅度，以及频域混叠的影响，进而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，达到近似理想同步采样的结果。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，其特征在于：包括依次连接的前端感应电路、前端预处理电路、模数转换器、数字信号处理模块、电能采集电路、接口电路、嵌入式处理器模块、调制解调电路、无线收发模块、低频滤波衰减电路和窄带天线；基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统还包括依次连接的比例耦合感应电路、功分器、高次谐波滤波器、高次谐波频段匹配阻抗网络、射频开关、高次谐波积分器、高次谐波检波器、高次谐波比较器；所述功分器处依次连接有低次谐波滤波器、低次谐波频段匹配阻抗网络、低频开关、低次谐波积分器、低次谐波检波器和低次谐波比较器；前端感应电路处依次连接有鉴相模块和采样运算配置参数锁存器；采样运算配置参数锁存器处分别连接有数字信号处理模块、嵌入式处理器模块和高次谐波比较器和低次谐波比较器；嵌入式处理器模块处依次连接有编码显示驱动电路、图像采集模块、图像识别模块、图像信号传输模块、高频滤波衰减电路和宽带天线；嵌入式处理器模块分别连接有图像信号传输模块、无线收发模块、电能采集电路、数字信号处理模块、射频开关、低频开关和计时器。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，其特征在于：前端感应电路：用于感应电压和电流、并转化成前端电参量信息输入前端预处理电路；前端预处理电路：用于接收滤波处理后的前端电参量信息、并进行衰减和滤；模数转换器：用于将前端预处理电路输出的模拟信号转换成数字信号；数字信号处理模块：用于接收模数转换器的数字信号，在调取采样运算配置参数锁存器的配置参数后，对采样数字信号进行序列的加窗处理和快速傅里叶变换等运算处理，从而获得基波信号分量和谐波信号分量的有效值、有功功率等测量数据，并把测量数据输入电能采集电路；电能采集电路：用于数字信号处理模块输出的信号，基于不同频率的采样时钟，通过计算和查找表方式，转换成电参量信号；接口电路：用于接收电参量信号，并进行电平和频率的编码转换，形成嵌入式处理器模块可接收的标准接收电平模式的电能参量信号；嵌入式处理器模块：用于对接口电路输入的信号、调制解调电路输入的信号、无线收发模块输入的信号、图像信号传输模块输入的信号、数字信号处理模块输入的信号、计时器输入的信号进行处理；并向电能采集电路输入控制信号、向数字信号处理模块输入控制信号、向采样运算配置参数锁存器输入控制信号、向射频开关输入控制信号、向低频开关输入控制信号、向计时器输入控制信号、向调制解调电路输入控制信号、向无线收发模块输入控制信号、向图像信号传输模块输入控制信号、向编码驱动显示电路输入控制信号；调制解调电路：用于将嵌入式处理器模块输入的信号进行载波调制，送入无线收发模块；用于将无线收发模块输入的信号进行载波解调，转化成数字信号输入嵌入式处理器模块；无线收发模块：用于将调制后的信号进行载波放大后、再输出发射；用于将接收的信号进行放大后、再输入调制解调电路进行解调；无线收发模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成无线发射处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号；低频滤波衰减电路：用于对低频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路；窄带天线：用于发射低频无线信号和用于接收低频无线信号；编码驱动显示电路：用于接收嵌入式处理器模块输入的电能参量信号，进行转换编码和驱动放大后进行显示；图像采集模块：用于采集显示模块的显示信息的图像；图像识别模块：用于识别图像采集模块采集到的图像中的显示模式电能参量信号，并将识别后的数据进行电平和频率的编码转换后，输入到图像信号传输模块；图像信号传输模块：用于图像识别模块输入的处理后的电能参量信号，进行高频载波调制后输入高频滤波衰减电路进行图像信号传输；图像信号传输模块受嵌入式处理器模块的控制，并在完成图像信号传输处理后向嵌入式处理器模块返回操作完成信号；高频滤波衰减电路：用于对高频信号进行谐波和噪声过滤、同时进行功率衰减的电路；宽带天线：用于发射高频无线信号；比例耦合感应电路：用于按照比例耦合感应电压和电流、并把耦合到的信号输出到功分器；功分器：用于将单路输入信号进行双路输出，每一路输出信号的功率为单路输入信号的百分之五十；高次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号可以通过滤波器；高次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的高次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输；射频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对高次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作；高次谐波积分器：用于对高次谐波信号进行积分运算；高次谐波检波器：用于对高次谐波信号在一定时间内积分后进行检波处理；高次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的高次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的高次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的高次谐波标准阈值，则输出低电平；低次谐波滤波器：用于对感应电信号进行滤波，感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号可以通过滤波器；低次谐波频段匹配阻抗网络：用于匹配感应电信号中对应基波频率的低次谐波频段的分量信号，以进行低损耗传输；低频开关：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，对低次谐波信号进行打开通道或者关闭通道的开关操作；低次谐波积分器：用于对低次谐波信号进行积分运算；低次谐波检波器：用于对低次谐波信号进行检波处理；低次谐波比较器：用于对检波器输入的信号和设定的低次谐波标准阈值进行比较，如果检波器输入的信号高于设定的低次谐波标准阈值，则输出高电平；如果检波器输入的信号低于设定的低次谐波标准阈值，则输出低电平；鉴相模块：用于鉴别感应电信号的相位差，并将鉴相结果输入到采样运算配置参数锁存器；采样运算配置参数锁存器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，锁存一位状态标示位，为“0”或者“1”；锁存鉴相模块的鉴相结果数据；锁存高次谐波比较器和低次谐波比较器的比较结果数据，并根据嵌入式处理器模块的控制指令，将锁存的结果数据转换成数字信号处理模块进行信号采样和快速傅里叶变换运算时所需要的配置参数、并向数字信号处理模块输出采样运算配置参数；计时器：用于在嵌入式处理器模块的控制指令下，设置计时数值，进行计时，计时完成后向嵌入式处理器模块返回计时完成信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于谐波提取进行频谱泄漏抑制的智能电表系统，其特征在于：所述嵌入式处理器模块比例耦合工作流程包括以下步骤：

第1步，嵌入式处理器模块待机工作方式工作时检测低频无线信号的采集指令，状态标示位设置为“0”，若没有接收到采集指令，则重复第1步；若接收到采集指令，则进入第2步；

第2步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块、电能采集电路发送电参量采集指令，常规电参量测量工作方式；向射频开关和低频开关发送开启射频开关、开启低频开关的指令，状态标示位设置为“1”，完成后进入第3步；

第3步，嵌入式处理器模块设置计时器时间阈值，完成后进入第4步；

第4步，嵌入式处理器模块向计时器发送计时指令，完成后进入第5步；

第5步，嵌入式处理器模块检测是否收到计时器计时完成信号，若检测到计时器计时完成信号，则进入第6步；若未检测到计时器计时完成信号，则返回第5步；

第6步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取鉴相模块的输出相移参数数据的指令，完成后进入第7步；

第7步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送读取锁存高次谐波比较器的输出信号和低次谐波比较器的输出信号的指令，若两者都为低电平，且状态标示位为“2”，则进入第12步和第13步；否则，则进入第8步；

第8步，嵌入式处理器模块向射频开关和低频开关发送关闭射频开关、关闭低频开关的指令，完成后进入第9步；

第9步，嵌入式处理器模块向采样运算配置参数锁存器发送输出配置参数数据的指令，完成后进入第10步；

第10步，嵌入式处理器模块向数字信号处理模块发送读取采样运算配置参数锁存器配置参数数据的指令，完成后进入第11步；

第11步，嵌入式处理器模块检测是否收到数字信号处理模块参数配置完成信号，若检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则状态标示位设置为“2”，进入第3步；若未检测到数字信号处理模块参数配置完成信号，则返回第11步；

第12步，嵌入式处理器模块控制无线收发模块开启数据发射工作方式，完成后进入第13步；

第13步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块是否发送操作完成信号，如果无线收发模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果无线收发模块未发送操作完成信号，则返回第12步；

第14步，嵌入式处理器模块控制图像信号传输模块开启数据发射工作方式，完成后进入第15步；

第15步，嵌入式处理器模块检测图像信号传输模块是否发送操作完成信号，如果图像信号传输模块发送操作完成信号，则进入第16步；如果图像信号传输模块未发送操作完成信号，则返回第14步；

第16步，嵌入式处理器模块检测无线收发模块和图像信号传输模块是否全部发送操作完成信号，如果未检测到全部发送操作完成信号，则重复第16步；如果检测到全部发送操作完成信号，则返回第1步。