交流信号的采样方法及装置
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域,具体涉及一种交流信号的采样方法及装置。
背景技术
交流信号(例如电压、电流信号)采样、处理是配电自动化智能设备的基础,任何配电自动化智能设备都需要先对交流信号进行采样、处理,作为后续显示、保护、分析等的依据。
现有技术中对交流信号的采样处理一般是将交流模拟信号进行放大,然后再进行AD采样,以及后续的信号运算处理。例如,如图1所示,交流信号的采样处理模块包括:硬件信号放大器、硬件信号滤波器以及处理器,其中,处理器用于对滤波后的信号进行AD转换。
然而,上述技术方案中,由于处理器所能够输出的数字信号的位数的(例如,10位、12位)固定,导致现有交流信号的采样方法的精度较低。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供例了一种交流信号的采样方法及装置,以解决现有技术中交流信号的采样精度低的缺陷。
根据第一方面,本发明实施例提供了一种交流信号的采样方法,包括:
获取待处理交流信号;其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到;
对所述待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号;
根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数;其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大;
基于所述放大倍数对所述待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
本发明实施例提供的交流信号的采样方法,利用待处理交流信号进行采样,得到待处理数字信号,并通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,对其所述待处理数字信号进行处理,以便得到采样信号;该方法通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,便于对信号进行放大,使得处理后得到的采样信号具有较高的精度;此外,通过在采样之前对原始交流信号进行放大,能进一步提高采样的精度。
结合第一方面,在第一方面第一实施方式中,所述根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,包括:
判断所述待处理数字信号是否大于第一阈值,其中,所述第一阈值为所述预设量程的第一倍数;
当所述待处理数字信号大于第一阈值时,确定所述放大倍数大于所述预设倍数。
本发明实施例提供的交流信号的采样方法,在判断出采样得到的待处理数字信号大于第一阈值时,表示此时对原始交流信号的放大倍数(预设倍数)过大,需要重新调整放大倍数,使重新调整的放大倍数小于预设倍数,以保证采样得到待处理数字信号小于第一阈值,以提高采样精度。
结合第一方面,在第一方面第二实施方式中,所述根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,还包括:
判断所述待处理数字信号是否小于第二阈值,其中,所述第二阈值为所述预设量程的第二倍数;
当所述待处理数字信号小于第二阈值时,确定的所述放大倍数小于所述预设倍数。
本发明实施例提供的交流信号的采样方法,在判断出采样得到的待处理数字信号小于第二阈值时,表示此时对原始交流信号的放大倍数(预设倍数)过小,需要重新调整放大倍数,使重新调整的放大倍数大于预设倍数,以保证采样得到待处理数字信号大于第二阈值,以提高采样精度。
结合第一方面、第一方面第一实施方式或第一方面第二实施方式,在第一方面第三实施方式中,所述基于所述放大倍数对所述待处理数字信号进行处理,还包括:
对所述待处理数字信号进行合成;
基于确定出的所述放大倍数对合成后的数字信号进行还原,以得到所述采样信号。
本发明实施例提供的交流信号的采样方法,在输出信号之前对待处理数字信号按照确定出的放大倍数进行还原,以保证输出的采样信号与原始交流信号的放大倍数相同,保证了采样信号与原始交流信号的对应。
结合第一方面,在第一方面第四实施方式中,采用信号放大电路对所述原始交流信号进行放大,以得到所述待处理交流信号。
结合第一方面第四实施方式,在第一方面第五实施方式中,所述根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,包括:
基于确定出的所述放大倍数生成控制信号,所述控制信号用于将所述信号放大电路的放大倍数调整为确定出的所述放大倍数。
本发明实施例提供的交流信号的采样方法,通过确定出的放大倍数生成控制信号,以实现对信号放大电路放大倍数的调整,保证了信号放大电路的放大倍数能够基于实际待处理信号的幅值进行自动调整,提高了采样精度。
根据第二方面,本发明实施例提供了一种交流信号的采样装置,包括:
获取模块,用于获取待处理交流信号;其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到;
采样模块,用于对所述待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号;
放大倍数确定模块,用于根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数;其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大;
信号处理模块,用于基于所述放大倍数对所述待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
本发明实施例提供的交流信号的采样装置,利用待处理交流信号进行采样,得到待处理数字信号,并通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,对其所述待处理数字信号进行处理,以便得到采样信号;该装置通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,便于对信号进行放大,通过对交流信号的放大提高测量的精度。
根据第三方面,本发明实施例提供了一种交流信号的采样设备,包括:存储器和处理器;所述存储器、所述处理器之间相互通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器用于获取待处理交流信号;其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到;对所述待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号;根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数;其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大;基于所述放大倍数对所述待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
结合第三方面,在第三方面第一实施方式中,还包括:信号放大电路,所述信号放大电路与所述存储器、所述处理器之间相互通信连接;所述信号放大电路用于对所述原始交流信号进行放大。
结合第三方面第一实施方式,在第三方面第二实施方式中,所述信号放大电路包括:相互连接的模拟选择开关与放大器;其中,所述处理器通过对模拟选择开关的控制,以实现所述放大器的放大倍数的调整。
本实施例提供的交流信号的采样装置,通过简单的外围元件(相互配合的模板选择开关与放大器)实现交流信号的放大;即,通过对模拟选择开关控制,达到对放大器的放大系数和测量精度的调节,这样能够在简化电路的同时,保证采样精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的交流信号的采样方法结构框图;
图2为本发明一种交流信号的采样方法结构框图;
图3为本发明实施例中交流信号的采样方法的一个具体示例的流程图;
图4为本发明实施例中交流信号的采样方法的具体示例的判断合成图;
图5为本发明实施例中交流信号的采样方法的具体示例的流程图2;
图6为本发明实施例中交流信号的采样装置的具体示例的原理框图;
图7本发明可选实施例提供的一种电子设备的结构示意图;
图8为本发明实施例中交流信号的采样装置的具体示例的结构框图;
图9为本发明实施例5中交流信号的采样装置的具体示例的部分电路图;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图2所示,是本发明的结构框图。该交流信号的采样装置包括:信号放大装置、处理器以及其他系统。信号放大装置对信号进行传输放大,处理器对送入的信号进行处理;完成对交流信号的处理。本发明实施例中的输出端并不限于电脑,也可以是其他电子设备,只要该电子设备上能接收到该装置所处理交流信息即可。
本申请的发明人在对图2所示的交流信号的采样方法的精度进行研究的过程中,通过处理器对交流信号的判断和放大,以此提高采样精度和执行效率。
因此,根据本发明实施例,提供了一种交流信号的采样方法的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种交流信号的采样方法,可用于上述的电子设备中显示或提供重要的结果数据等,图2是一种交流信号的采样方法的流程图,如图3所示,该流程包括如下步骤:
S11,获取待处理交流信号。
在获得待处理交流信号之前,需要设置放大预设倍数,并通过外部媒介(电导线)获取原始交流信号,原始交流信号经过放大设备对交流信号的信息进行放大,以得到待处理的交流信号,其中原始交流信号需要通过信号放大装置进行。
此外,放大预设倍数可以根据实际使用需要进行调整设置,在此不做限制。例如:放大预设倍数为*1;*10;*100。
S12,对待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号。
其中,所述的采样是通过处理器内部固定的模数转换功能,待处理交流信号通过模数转换,把交流模拟量转化为数字量,此时的数字量是待处理数字信号。
此外,所得到的待处理数字信号信息,存储在片内的存储器中;当需要使用数据信息时,可以从存储器中调用。
S13,通过待处理数字信号与预设量程之间的关系,确定放大倍数。
在确定待处理数字信号与预设量程之间的关系之前,需要从片内的存储器中调用待处理数字信号;利用待处理数字信号的信息与预设量程之间的占比,可以确定放大数;所述预设量程是片内模数转换精度值。
在实际运用中片内模数转换精度,决定预设量程值的范围,本实施例中以212为例,实际使用中以用户所使用的集成芯片来决定预设量程值。
S14:基于放大倍数对待处理数字信号进行合成处理,得到采样信号。
在得到确定的放大倍数后,待处理数字信号通过与放大倍数合成,得到新的处理信号但此时的处理信号不是最终的采样信号,还需要对此时的处理信号进行还原,通过求倒得到最终的采样信号。
通过求倒,是对原来信号的还原,这样能够保证信号的一致性。
本实施例提供的交流信号的采样方法,利用待处理交流信号进行采样,得到待处理数字信号,并通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,对其所述待处理数字信号进行处理,以便得到采样信号;该方法通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,便于对信号进行放大,使得处理后得到的采样信号具有较高的精度;此外,通过在采样之前对原始交流信号进行放大,进一步提高了采样的精度。
在本实施例中还提供了一种交流信号的采样方法,可用于上述的电子设备中显示或提供重要的结果数据等,图4是一种交流信号的采样方法的流程图,如图4所示,该流程包括如下步骤:
S21,获取待处理交流信号。
其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到。详细请参见图2所示实施例的S11,在此不再赘述。
S22,对待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号。详细请参见图2所示实施例的S12,在此不再赘述。
S23,根据待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数。
其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大。
具体地,包括:
S231,判断待处理数字信号是否大于第一阈值。
判断所述待处理数字信号是否大于第一阈值;其中,所述第一阈值为所述预设量程的第一倍数。当所述待处理数字信号大于第一阈值时,执行S232;否则,执行S233。
当所述待处理数字信号是否大于第一阈值时,确定的所述放大倍数大于所述预设倍数。
所述实施例中的预设量程的第一倍数是指大于指定量程范围的信号,该实施例以达到预设量程值的95%为界定,实际运用中可根据用户需要去设置。
S232,确定的放大倍数大于预设倍数。
当所述待处理数字信号在某一时刻点上的信息大于模数转换量程的95%时,可知所述放大倍数放大信号大于模数转换量程;通过调节放大倍数改变信号大小,使待处理数字信号能够处在所述量程值内。
S233,判断待处理数字信号是否小于第二阈值。
判断所述待处理数字信号是否小于第二阈值;其中,所述第二阈值为预设量程的第二倍数。当待处理数字信号是否小于第二阈值时,执行S234;否则,执行S24。
当所述待处理数字信号是否小于第二阈值时,确定的所述放大倍数小于所述预设倍数。
所述实施例中的预设量程的第二倍数是指待处理信号平均值小于指定量程范围的信号,该实施例以小于量程10%为界定,实际运用中可根据用户需要去设置。
S234,确定的放大倍数小于预设倍数。
当所述待处理数字信号多个时间点上的平均信息小于模数转换量程的10%时,可知所述放大倍数放大信号小于模数转换量程;无法在此量程中测量,因此通过调节放大倍数改变信号大小,使待处理数字信号能够处在所述量程值内。
所述改变的信号所携带的信息值不变,改变的是其幅值信息,通过调整信号的信息的大小,使测量的范围提升,以及提高测量的精度值,提高执行效率。
S24,基于放大倍数对待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
具体地,包括:
S241,对待处理数字信号进行合成。
利用通过对比判断得到的放大倍数与待处理的数字信号进行合成,获得新的放大数字信号。
S242,基于确定出的放大倍数对合成后的数字信号进行还原,以得到采样信号。
因最终所要得到的信号要与输入信号的幅值一致,因此需要对所获得新的放大数字信号进行还原,把信号的幅值还原成原始信号的幅值,送出还原信号;通过对信号的放大,提高所述方法的测量的范围或精度。
处理器中的模数转换功能的精度是固定的,因此测量范围也是固定,通过改变所测信号的大小使其所测信号信息满足于模数转换功能的测量范围内,最后在对经过调整的信号进行还原,通过此方法也能增加其测量范围或精度,利用软件更提高了执行方法的效率,简化电路,降低了硬件成本。
把所述待处理数字信号和所述放大倍数进行合成,例:经外部设备获取得到待处理信号为Y,该Y电压已经预设放大倍数放大,设预设放大倍数为:*10,通过模数转换得到Y的转换数值;现设为Y1,当Y1在固定精度值212占比情况决定放大倍数;若Y1的转换平均值小于固定精度值的10%,说明此时的数值小于固定精度值的范围无法度量,通过调整放大倍数,去改变信号的信息,使其信号信息能够处于固定精度值的测量范围212;若Y1的任意转换值大于固定精度值的95%,说明此时的数值超过固定精度值的范围无法度量,通过调整放大倍数,改变信号大小,使其信号信息能够处于固定精度的测量范围内。当Y1的任意转换值大于固定精度值的95%时,放大倍数需要调小;当Y1的转换平均值小于固定精度值的10%时,放大倍数需要调大。为保证信号的完整性,输入信号与输出信号的范围需要一致,因此需要对放大后的信号进行还原,若原信号经放大*100倍,此时在合成功能中需要进行求倒1/100;对该信号进行还原。放大与还原过程互为倒数,不改变信号的实际信号所携带的信息。
与图3所示实施例相比,本实施例提供的交流信号的采样方法,在输出信号之前对待处理数字信号按照确定出的放大倍数进行还原,以保证输出的采样信号与原始交流信号的放大倍数相同,保证了采样信号与原始交流信号的对应。
在本实施例中还提供了一种交流信号的采样方法,可用于上述的电子设备中显示或提供重要的结果数据等,图4是一种交流信号的采样方法的流程图,如图5所示,该流程包括如下步骤:
S30,调整放大预设倍数。
在步骤S31之前还包括步骤S30中所述的调整放大预设倍数包括:
信号放大电路对所述原始交流信号进行放大预设倍数的调整,用户可根据实际情况人为放大调节预设倍数。调整放大预设倍数是为了对原始交流信号进行预测判断,方便对所述放大信号进行操作处理。
S31,获取待处理交流信号。
其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到。
采用信号放大电路对所述原始交流信号进行放大,以得到所述待处理交流信号。
详细请参见图3所示实施例的S11,在此不再赘述。
S32,对待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号。
详细请参见图3所示实施例的S12,在此不再赘述。
S33,根据待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数。
其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大。
确定所述放大倍数生成控制信号,所述控制信号用于将所述信号放大电路的放大倍数调整为确定出的所述放大倍数,此放大倍数需要用户进行调整。
详细请参见图3所示实施例的S13,在此不再赘述。
S34,基于放大倍数对待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
详细请参见图3所示实施例的S14,在此不再赘述。
与图3所示实施例相比,本实施例提供的交流信号的采样方法,通过对原始交流信号的放大采集;确定出的放大倍数所生成的控制信号,以实现对信号放大电路放大倍数的调整,保证了信号放大电路的放大倍数能够基于实际待处理信号的幅值进行自动/手动调整,提高了采样精度。
在本实施例中还提供了一种交流信号的采样装置,该装置用于实现上述实施例及优选实施方式,已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的,术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种交流信号的采样装置,如图6所示,包括:
获取模块41,用于获取待处理交流信号;其中,所述待处理交流信号为原始交流信号放大预设倍数后得到;
采样模块42,用于对所述待处理交流信号进行采样,以得到待处理数字信号;
放大倍数确定模块43,用于根据所述待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数;其中,所述放大倍数用于所述原始交流信号的放大;
信号处理模块44,用于基于所述放大倍数对所述待处理数字信号进行处理,以得到采样信号。
本实施例提供的交流信号的采样装置,利用待处理交流信号进行采样,得到待处理数字信号,并通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,对其所述待处理数字信号进行处理,以便得到采样信号;该装置通过对待处理数字信号与预设量程之间的关系确定放大倍数,便于对信号进行放大,通过对交流信号的放大提高测量的精度。
本实施例中的交流信号的采样装置是以功能单元的形式来呈现,这里的单元是指ASIC电路,执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器,和/或其他可以提供上述功能的器件。
上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同,在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种交流信号的采样设备,具有上述图6所示的交流信号的采样装置。
请参阅图7,图7是本发明可选实施例提供的一种交流信号的采样设备的结构示意图,如图7所示,该电子设备可以包括:至少一个处理器51,例如CPU(Central ProcessingUnit,中央处理器),至少一个通信接口53,存储器54,至少一个通信总线52。其中,通信总线52用于实现这些组件之间的连接通信。其中,通信接口53可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard),可选通信接口53还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器54可以是高速RAM存储器(Random Access Memory,易挥发性随机存取存储器),也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。存储器54可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器51的存储装置。其中处理器51可以结合图7所描述的装置,存储器54中存储应用程序,且处理器51调用存储器54中存储的程序代码,以用于执行上述任一方法步骤。
其中,通信总线52可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect,简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture,简称EISA)总线等。通信总线52可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图7中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中,存储器54可以包括易失性存储器(英文:volatile memory),例如随机存取存储器(英文:random-access memory,缩写:RAM);存储器也可以包括非易失性存储器(英文:non-volatile memory),例如快闪存储器(英文:flash memory),硬盘(英文:hard diskdrive,缩写:HDD)或固态硬盘(英文:solid-state drive,缩写:SSD);存储器54还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中,处理器51可以是中央处理器(英文:central processing unit,缩写:CPU),网络处理器(英文:network processor,缩写:NP)或者CPU和NP的组合。
其中,处理器51还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文:application-specific integrated circuit,缩写:ASIC),可编程逻辑器件(英文:programmable logic device,缩写:PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文:complex programmable logic device,缩写:CPLD),现场可编程逻辑门阵列(英文:field-programmable gate array,缩写:FPGA),通用阵列逻辑(英文:generic arraylogic,缩写:GAL)或其任意组合。
作为本实施例的一种可选实施方式,如图8所示,该交流信号的采集设备还包括有信号放大电600,所述信号放大电路包括:模拟选择开关、放大器和电阻器件;其中,通过所述处理器控制模拟选择开关,改变电阻器电路连接方式;以实现所述放大器的放大倍数的调整。
本实施例提供的交流信号的采样方法,利用对交流信号进行放大并提供模数转换进行进行对比,即时调整放大倍数,对待处理的数字信号进行进一步合成,输出结果给其他设备、装置做显示、分析。通过该方法进行采样处理不仅提高了采样精度(范围),还能保证信号在处理过程中的完整性。
本施例提供一种交流信号的采样装置,如图9所示,包括:模拟选择开关与放大器连接;通过控制信号对模拟选择开关的控制对所述连接放大器处理的信号行进放大。
模拟选择开关接收处理器传输的的控制信号,通过过控制模拟开关的闭合和关断,达到改变放大倍数的结果。
如图8所示具体实施方式如下:
当U2A的13脚为低电平时,1、2脚开关关断,R3无效,此时电路的放大倍数为R2/R1=10/1=10倍;
当U2A的13脚为高电平时,1、2脚开关闭合,此时R2和R3并联,其等效电阻为:RF=R2*R3/(R2+R3)=10*10/(10+10)=5K;
此时电路的放大倍数为RF/R1=5/1=5倍;
通过以上的方法到达改变信号放大倍数的结果;
若当需要多路时,在并联多路的电阻和模拟开关即可。
本实施例提供的交流信号的采样方法,通过模拟选择开关与放大器连接,简化电路以此增加测量精度的范围。
本实施例提供的交流信号的采样方法,获取交流信号,并通过手动预设的放大倍数对信号进行放大;通过假定的放大的方式对交流信号进行处理,这样能有利于信号进行后期信号大小的判断,在把待处理信号送入处理器做进一步处理得到用户所需信息,这样通过放大调整的的方式来调整测量精度和范围能保证信号的完整性和处理信号的有效性。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。