CN109856448B - 一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置，涉及信号处理的技术领域，该方法包括：如果监测到交流电信号的输入信号，判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；如果是，确定捕捉到该交流电信号的有效过零信号。本发明提供的交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置，可以有效屏蔽过零点出现在捕捉窗口以外的输入信号，有助于区分真正的工频交流电信号过零点和干扰信号造成的过零点，提高用电设备和用电系统的抗干扰能力，进而保证了用电器的使用效果，也提高了用户的体验度。

Description

一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理的领域，尤其是涉及一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置。

背景技术

工频交流电的使用中，经常要涉及到对工频交流电过零点相位特征的提取和跟踪。比如，在对交流电动机、发电机的供电/输电时，希望线路的开关切换发生在过零点或其附近，减少电弧的产生，保护继电器触点，延长开关(闸刀)的使用寿命等。

因此，在许多技术资料和产品设计中，都给出了不同的方法和电路设计，以对工频交流电的过零信号的提取问题做了阐述和实现。但大多数的设计过程是基于硬件电路设计实现的，在对交流电的过零信号的识别、提取和跟踪上有一定局限性，且抗干扰能力差，难以有效地区分真正的工频交流电信号过零点和浪涌干扰产生的过零点，影响了用电器的使用效果，降低了用户的体验度。

针对上述难以有效地区分真正的工频交流电信号过零点和浪涌干扰产生的过零点的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置，以缓解由于难以有效地区分真正的工频交流电信号过零点和浪涌干扰产生的过零点而造成过零点捕捉失败，经常捕捉到假的过零点等技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种交流电信号的过零信号的捕捉方法，该方法包括：如果监测到交流电信号的输入信号，判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；如果是，确定捕捉到交流电信号的有效过零信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口的步骤包括：判断在捕捉窗口中是否监测到交流电信号的过零信号对应的边沿信号；如果是，确定交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：获取交流电信号的时间参数；根据时间参数确定交流电信号的初始过零点；以初始过零点为起点，按照时间参数依次计算交流电信号的多个有效过零信号可能出现的时间区间；将多个时间区间标记为多个捕捉窗口。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述捕捉窗口包括多个统计区间，每个统计区间的时间宽度为δ，捕捉窗口表示为W＝N×δ，其中，W为捕捉窗口的时间宽度，N为捕捉窗口包括的统计区间的个数，上述方法还包括：当交流电信号输入时，记录每个捕捉窗口内，交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；统计各个统计区间出现的交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的统计区间标记为基准区间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：判断基准区间是否为捕捉窗口中心所在的统计区间；如果否，根据基准区间的区间标识与捕捉窗口中点所在区间的区间标识之差值，调整捕捉窗口在时间上的位置，以使基准区间对准捕捉窗口中心所在的统计区间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：统计捕捉窗口监测到的过零信号的次数，如果过零信号的次数大于预先设置的次数阈值，将每个统计的区间标识的个数减去指定的数值，以避免数据溢出。

第二方面，本发明实施例还提供一种交流电的有效过零信号的捕捉装置，该装置包括：判断模块，用于如果监测到交流电信号的输入信号，判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；确定模块，用于当判断模块的判断结果为是时，确定捕捉到交流电信号的有效过零信号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述判断模块用于：判断在捕捉窗口中是否监测到交流电信号的过零信号对应的边沿信号；如果是，确定交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述装置还包括：获取模块，用于获取交流电信号的时间参数；初始过零点确定模块，用于根据时间参数确定交流电信号的初始过零点；计算模块，用于以初始过零点为起点，按照时间参数依次计算交流电信号的多个过零信号可能出现的时间区间；标记模块，用于将上述多个时间区间标记为多个捕捉窗口。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，上述捕捉窗口包括多个统计区间，每个统计区间的时间宽度为δ，捕捉窗口表示为W＝N×δ，其中，W为捕捉窗口的时间宽度，N为捕捉窗口包括的统计区间的个数；上述装置还包括：记录模块，用于当交流电信号输入时，记录每个捕捉窗口内，交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；统计模块，用于统计各个统计区间出现的交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的统计区间标记为基准区间。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置，能够监测交流电信号的输入信号，并在判断出交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口时，确定捕捉到该交流电信号的有效过零信号，由于该捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间，因此，可以有效屏蔽过零点出现在捕捉窗口以外的输入信号，有助于区分真正的工频交流电信号过零点和干扰信号造成的过零点，提高用电设备和用电系统的抗干扰能力，进而保证了用电器的使用效果，也提高了用户的体验度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点通过说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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为本发明实施例提供的一种交流电信号的捕捉示意图；

图2为本发明实施例提供的一种过零信号的捕捉方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种捕捉窗口的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种过零信号的捕捉装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种过零信号的捕捉装置的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明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的一部分实施例，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。

目前，工频交流电的使用经常会涉及到对过零点相位特征的提取和跟踪，例如，在对交流电动机进行可控硅控制调速的应用中，需要准确跟踪交流电流的过零点，以此为参照对可控硅进行触发，通过控制可控硅晶闸管的导通相角来实现控制电动机的转速。由于电动机等感性负载在交流电通断瞬间会产生强大的自感、互感电流，不但容易造成设备损坏，同时也会产生严重的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)，干扰交流电网上的其他用电器正常工作，严重者甚至会在用电器交流输入端产生许多强烈的干扰脉冲，影响自身对于过零信号的识别和提取，使机器不能正常工作。

基于此，本发明实施例提供的一种交流电有效过零信号的捕捉方法及装置，可以有效捕捉交流电信号的过零点，以保证用电器的使用效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种交流电的有效过零信号的捕捉方法进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种交流电的有效过零信号的捕捉方法，该方法可以应用于硬件电路，也可以使用微型计算机，如单片机等，实现交流电信号，特别是工频交流电信号的过零点的捕捉过程。

为了便于理解，图1示出了一种交流电信号的过零信号捕捉示意图，考虑到交流电信号的周期性，因此，以时间t为横坐标，电压U为纵坐标为例，对交流电信号进行描述，其中，为了便于记录时间，在输入交流电信号的同时，还可以通过时间脉冲对该交流电信号的输入时间进行计时，具体的，该时间脉冲可以通过信号发生器产生，其周期或频率，可以参考交流电信号的周期或频率进行设置，如对于220V，50HZ的市电，可以在交流电的半个周期内产生100个时间脉冲进行计时，以对交流电信号的过零信号对应的过零点进行捕捉。

基于图1所示的捕捉示意图，如图2所示的是一种交流电的有效过零信号的捕捉方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S202，如果监测到交流电信号的输入信号，判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；

其中，本发明实施例所述的捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；如图1所示的捕捉窗口。

具体实现时，该交流电信号的输入信号可以是电压信号，也可以是电流信号，为了便于说明，在本发明实施例中，通常以电压信号为例进行说明。例如，当电网系统中接通外部交流电信号时，可以通过电压信号的监测装置，如示波器等，实时监测交流电压号，以获取该交流电压信号的幅值和相位等信息。

考虑到交流电信号的电流方向随时间作周期性变化，因此，其过零信号可以分为由正到负的向负过零信号和由负到正的向正过零信号，对应地，上述捕捉窗口也可以包括向负过零信号捕捉窗口(简称向负捕捉窗口)和向正过零信号捕捉窗口(简称向正捕捉窗口)。当只考虑由正到负的向负过零信号时，上述捕捉窗口可以设置为仅使向负捕捉窗口生效，以捕捉向负过零信号，当只考虑由负到正的向正过零信号时，上述捕捉窗口可以设置为仅使向正捕捉窗口生效，以捕捉向正过零信号，或者，还可以同时捕捉向负过零信号和向正过零信号，进一步，还可以间隔指定的周期或者半周期来捕捉过零信号，具体捕捉方式可以根据实际使用需求进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S204，如果是，确定捕捉到交流电信号的有效过零信号。

具体地，该有效过零信号表示的是当前捕捉的过零信号是交流电信号本身真实的过零信号，当确定捕捉到交流电信号的有效过零信号后，可以输出有效过零信号的标识，如零电位标识、窄脉冲信号、边沿信号等，或者直接输出过零信号，以触发对用电器的控制过程。如在对交流电动机进行可控硅控制调速的应用中，通过捕捉到的有效过零信号对可控硅进行触发，通过控制可控硅晶闸管的导通相角来实现控制电动机的转速等等。

具体实现时，由于上述捕捉窗口为交流电信号的过零点可能出现的时间区间；因此，上述捕捉窗口多设置在交流电信号的过零点附近，并且，可以根据交流电信号的周期或者频率等时间参数及偏差范围设置捕捉窗口的宽度和出现的频率。因此，通过上述捕捉窗口可以有效的捕捉交流电信号的过零信号，并且可以有效剔除捕捉窗口以外的杂散信号的干扰，将落入预先设置的捕捉窗口中的过零信号作为有效过零信号进行输出，从而得到交流电信号过零点的真正位置。

本发明实施例提供的一种交流电的有效过零信号的捕捉方法，能够监测交流电信号的输入信号，并在判断出交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口时，确定捕捉到该交流电信号的有效过零信号，由于该捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间，因此，可以有效屏蔽过零点出现在捕捉窗口以外的输入信号，有助于区分真正的工频交流电信号过零点和干扰信号产生的过零点，提高用电设备和用电系统的抗干扰能力，进而保证了用电器的使用效果，也提高了用户的体验度。

在实际使用时，为了便于对上述交流电信号的过零信号进行捕捉，当监测到交流电信号时，可以对交流电信号进行预处理，例如，可以预先设置信号采集整形模块，实现对交流电压信号或电流信号的采集和整形，得到近似方波的脉冲信号，具体地，对于电压信号，信号采集整形模块可以包括取样电路，限幅电路和放大整形电路等部分；对于交流电信号，通过取样电阻将其转换为电压信号，再按照电压信号进行后续处理，具体的预处理过程可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，当上述交流电信号经过预处理过程，输出近似方波的脉冲信号后，可以通过监测脉冲信号的边沿信号的方式，来判断过零信号是否出现在预先设置的捕捉窗口，因此，上述步骤S202中的判断过程可以包括：判断在捕捉窗口中是否监测到交流电信号的过零信号对应的边沿信号；如果是，确定交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

具体地，该边沿信号可以是上升沿信号，也可以是下降沿信号，例如，如果需要捕捉上述由正到负的向负过零信号，且上述捕捉窗口设置为仅使向负捕捉窗口生效，此时，可以仅监测下降沿信号，同理，也可以仅监测上升沿信号，或者还可以根据需求同时监测上升沿信号和下降沿信号，具体可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

在实际使用时，上述捕捉窗口通常是根据需要监测的交流电信号预先进行设置的，因此，为了实现对交流电信号的过零信号的捕捉过程，上述方法还包括使用窗口算法，对捕捉窗口进行设置的过程。具体地，上述方法还包括以下过程：

(1)获取交流电信号的时间参数；

在实际使用时，上述时间参数可以在捕捉过零信号之前进行提取并存储，例如，预先对交流电信号的时间参数进行提取、分析和统计，正确识别交流电信号的有效过零信号。

(2)根据上述时间参数确定交流电信号的初始过零点；

具体地，上述时间参数可以包括交流电信号的周期参数，或者频率参数等。当提取出时间参数之后，可以根据时间参数确定交流电信号的初始过零点，如图1所示，通常，该初始过零点是交流电信号的一个周期的起始点，是电压为0的向正过零点对应的时间点，在实际使用时，可以假定初始过零点为正弦交流电信号的过零点中任一个向正过零点，当然也可以假定任一个向负过零点为起始过零点。假定的起始过零点向正或向负的类型不同，则所要捕捉的半周期过零点和全周期过零点的类型和出现时间也不同，具体可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

(3)以初始过零点为起点，按照时间参数依次计算交流电信号的多个有效过零信号可能出现的时间区间；

同样以图1为例，当确定出上述初始归零点之后，可以按照交流电信号的半周期T计算交流电信号的多个过零信号可能出现的时间区间，具体地，可以将交流电信号中每个电压为0的时间点前后宽度为W的时间区域确定为过零信号可能出现的时间区间。

(4)将上述过零信号可能出现的时间区间标记为多个捕捉窗口；

在实际使用时，按照时间顺序依次将上述过零信号可能出现的时间区间标记为捕捉窗口。

具体地，如图1所示，在交流电信号中每个电压为0的时间点附近设置捕捉窗口。

考虑到在实际交流电信号输出过程中，会出现频率上的偏移和噪声引起的抖动等情况，因此，上述捕捉窗口通常都具有一定的时间范围，称为窗口宽度，如图1所示，可以将捕捉窗口表示在时间轴上。

进一步地，上述捕捉窗口可以包括多个统计区间，该统计区间可以看作捕捉窗口的子区间，每个统计区间的时间宽度为δ，因此，捕捉窗口可以表示为W＝N×δ，其中，W为捕捉窗口的时间宽度，N为捕捉窗口包括的统计区间的个数。并且，由于捕捉窗口包括向负过零捕捉窗口和向正过零捕捉窗口，因此，在表示窗口宽度时，也可以对不同的捕捉窗口用不同的窗口宽度来表示，如，Wh表示由正到负的向负过零捕捉窗口宽度，Wa表示由负到正的向正过零捕捉窗口宽度，并且，Wh设计为Nh个时间单位δ，Wa设计为Na个时间单位δ，Nh和Na一般都设为奇数，如取3、5、7、……等，Nh和Na取奇数的方式，可以形成捕捉窗口的中央统计区间，使统计区间的统计值的峰值能被调整到捕捉窗口的中央位置，应当理解，在其它实施方式中，上述Nh和Na还可以设置成偶数，并且，Nh和Na可以相同，也可以不同，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

按照上述方式表示的捕捉窗口，可以根据捕捉窗口包括的统计区间的个数和顺序对统计区间进行编号标识，以便表示上述交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口的某个统计区间，例如，当Nh＝3时，按照时间上的先后顺序从左到右，每个统计区间可以表识为Ch(-1)、Ch(0)和Ch(1)，每个标识的括号中的数字代表该统计区间相对于捕捉窗口中心所在时间位置的时间差，以为时间单位，超前为负，滞后为正，标识本身也代表该统计区间捕捉到的过零信号的次数。

基于此，上述方法还包括：当交流电信号输入时，记录每个捕捉窗口内，交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；统计各个统计区间出现交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的统计区间标记为基准区间。例如，对连续30个捕捉窗口中出现的过零信号所在的统计区间进行数学统计，记录出现过零信号的统计区间的区间标识及各个统计区间过零信号出现的次数分别为Ch(-1)＝3、Ch(0)＝22、Ch(1)＝5，Ch(0)区间的次数最大，就将Ch(0)对应的统计区间标记为基准区间。

进一步，基于该基准区间，上述判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口的步骤还可以包括：判断在上述捕捉窗口中是否监测到交流电信号的过零信号对应的边沿信号；如果是，确定交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

在实际使用时，对于上述捕捉窗口的宽度和基准区间的确定通常采用增减算法实现，其基本步骤如下：首先，根据获取的交流电信号的周期参数和起始过零点的时刻信息，确定出下一个将要捕捉的过零点可能出现的时刻，作为捕捉窗口的中心位置；其次，根据交流电信号的频率稳定度和受噪声干扰的程度(根据获取的参数得到)，加上一定的冗余量，估计出一个能将交流电信号的所有可能出现的过零点都包含在内的，有一定冗余度的捕捉窗口，其宽度作为起始宽度；第三步，在对交流信号的过零点进行实时捕获和统计的过程中，运用迭代方法逐步调整捕捉窗口在时间上的位置，使捕捉窗口的中心所在统计区间与实时监测到的基准区间重合，并保持迭代过程继续；第四步，以统计子区间为单位调整(一般是缩小)捕捉窗口，使捕捉窗口能捕捉到所要捕捉的交流电信号的过零点中的绝大多数，阻挡捕捉窗口之外的干扰信号。

考虑到捕捉窗口包括向负捕捉窗口和向正捕捉窗口，因此，工频周期识别模块中的寄存器可以设置两组，即对应于向负捕捉窗口Wh的Ch寄存器组和对应于向正捕捉窗口Wa的Ca寄存器组，Ch寄存器组包括Nh个寄存器，Ca寄存器组包括Na个寄存器，Nh和Na一般都设置为大于1的奇数，一般取3、5、7、……中的值，并且，该寄存器的个数与对应的捕捉窗口包括的统计区间的个数相同。

具体地，为了便于叙述，需要对捕捉窗口中各个统计区间及它们对应的统计数值寄存器进行命名标识，命名的方法是以基准区间为参考区间，命名为第0号区间，标识为Ch(0)或Ca(0)，将时间上超前于基准区间的各个统计区间，按照它们的中心位置距离基准区间中心的时间差，以统计区间宽度δ为单位，命名为区间Ch(-1)、Ch(-2)等等；同理地，将时间上滞后于基准区间的各个统计区间，按照它们的中心位置距离基准区间中心的时间差，以统计区间宽度δ为单位，命名为区间Ch(1)、Ch(2)等等。例如，Ch寄存器组中的Nh个寄存器分别命名为Ch(-(Nh-1)/2)、Ch(-(Nh-3)/2)、…、Ch(-1)、Ch(0)、Ch(1)、…、Ch((Nh-3)/2)、Ch((Nh-1)/2)。同时，该标识本身也代表该寄存器内存储的统计数值，括号内的数值为寄存器Ch(n)的序号n，n为整数，且-(Nh-1)/2≤n≤(Nh-1)/2。如，当Nh等于7时，Ch寄存器组各寄存器的名称为Ch(-3)、Ch(-2)、Ch(-1)、Ch(0)、Ch(1)、Ch(2)、Ch(3)，Ch(-3)＝8表示寄存器组Ch中序号为-3的寄存器Ch(-3)内存储的数字是8。

同样，可以将Ca寄存器组中的Na个寄存器分别命名为Ca(-(Na-1)/2)、Ca(-(Na-3)/2)、…、Ca(-1)、Ca(0)、Ca(1)、…、Ca((Na-3)/2)、Ca((Na-1)/2)，同时，该标识本身也代表该寄存器内存储的统计数值，括号内的数值为寄存器Ca(m)的序号m，m为整数，且-(Na-1)/2≤m≤(Na-1)/2。如，当Na等于9时，Ca寄存器组各寄存器的名称为Ca(-4)、Ca(-3)、Ca(-2)、Ca(-1)、Ca(0)、Ca(1)、Ca(2)、Ca(3)、Ca(4)，Ca(0)＝13表示寄存器组Ca中序号为0的寄存器Ca(0)内存储的数字是13。

基于上述命名规则，上述增减算法的过程如下：

(1)通过工频交流电的时间参数获取模块确定被测交流电的周期均值和半周期值均值以及最大偏差值。这一过程通常在应用本算法的设备刚通电还未进入实质性工作状态时完成。时间计数脉冲的频率f0决定系统的时间测量精度，这一频率的具体值在系统设计时已经确定。若待捕获的交流电信号的半周期值用TS代表，CMh和CMa分别代表向负过零捕捉窗口和向正过零捕捉窗口对应的时间测量计数器，同时也代表捕捉到某一过零点时该过零点对应的时间测量计数值，则Th为多次测量后CMh的平均值，Ta为多次测量后CMa的平均值，一般的情况下，工频交流电的正半周期和负半周期相等，所以Th约等于TS，Ta约等于2TS。另外，假设△为每次测量所得结果与其平均值之差中最大的一个正偏差值，CMh_计数器的最大计数值CMh_max为TS+△+εh，εh为冗余量；CMa计数器的最大计数值CMa_max为2TS+△+εa，εa为冗余量。根据以上方法，首先确定计数器CMh和CMa各自的最大值计数值CMh_max和CMa_max。其次，清零CMh计数器及对应的Ch寄存器组，并且清零CMa计数器及对应的Ca寄存器组。

(2)计数器CMh和CMa由交流电的起始过零信号清零并启动对时间脉冲f0进行计数：若计数器CMh在计数到达其最大值CMh_max之前系统没有捕捉的向负过零点，则计数器CMh保持其最大值直到下一个起始过零信号到来，流程循环在过程(2)；若计数器CMh在计数到达其最大值CMh_max之前系统捕获到向负过零点，则计数器CMh停止计数并转到过程(3)；同样地，若计数器CMa在计数到达其最大值CMa_max之前系统没有捕捉到向正过零点，则计数器CMa保持其最大值直到下一个起始过零信号到来，流程循环在过程(2)；若计数器CMa在计数到达其最大值CMa_max之前系统捕捉到向正过零点，则计数器CMa停止计数并转到过程(3)。

(3)根据计数器CMh的计数值对捕获的向负过零点进行统计，具体地，当捕捉到一个向负过零点，并且CMh计数器的计数值CMh为：

Th-Nh·δ/2≤CMh<Th-(Nh-2)δ/2，则寄存器Ch(-(Nh-1)/2)的内容增加1个数或者，

Th-(Nh-2)δ/2≤CMh<Th-(Nh-4)δ/2，则寄存器Ch(-(Nh-3)/2)的内容增加1个数或者，

Th-…δ/2≤CMh<Th-…δ/2，则寄存器Ch(…)的内容增加1个数或者,

Th-5δ/2≤CMh<Th-3δ/2，则寄存器Ch(-2)的内容增加1个数或者，

Th-3δ/2≤CMh<Th-δ/2，则寄存器Ch(-1)的内容增加1个数或者，

Th-δ/2≤CMh<Th+δ/2，则寄存器Ch(0)的内容增加1个数或者，

Th+δ/2≤CMh<Th+3δ/2，则寄存器Ch(1)的内容增加1个数或者，

Th+3δ/2≤CMh<Th+5δ/2，则寄存器Ch(2)的内容增加1个数或者,

Th+…δ/2≤CMh<Th+…δ/2，则寄存器Ch(…)的内容增加1个数或者，

Th+(Nh-4)δ/2≤CMh<Th+(Nh-2)δ/2，则寄存器Ch((Nh-3)/2)的内容增加1个数或者，

Th+(Nh-2)δ/2≤CMh<Th+Nh·δ/2，则寄存器Ch((Nh-1)/2)的内容增加1个数，

同样地，根据计数器CMa的计数值对捕获的向正过零点进行统计，具体地，当捕捉到一个向正过零点，并且CMa计数器的计数值CMa为：

Ta-Na·δ/2≤CMa<Ta-(Na-2)δ/2，则寄存器Ca(-(Na-1)/2)的内容增加1个数或者，

Ta-(Na-2)δ/2≤CMa<Ta-(Na-4)δ/2，则寄存器Ca(-(Na-3)/2)的内容增加1个数或者，

Ta-…δ/2≤CMa<Ta-…δ/2，则寄存器Ca(…)的内容增加1个数或者，

Ta-5δ/2≤CMa<Ta-3δ/2，则寄存器Ca(-2)的内容增加1个数或者，

Ta-3δ/2≤CMa<Ta-δ/2，则寄存器Ca(-1)的内容增加1个数或者，

Ta-δ/2≤CMa<Ta+δ/2，则寄存器Ca(0)的内容增加1个数或者，

Ta+δ/2≤CMa<Ta+3δ/2，则寄存器Ca(1)的内容增加1个数或者，

Ta+3δ/2≤CMa<Ta+5δ/2，则寄存器Ca(2)的内容增加1个数或者，

Ta+…δ/2≤CMa<Ta+…δ/2，则寄存器Ca(…)的内容增加1个数或者，

Ta+(Na-4)δ/2≤CMa<Ta+(Na-2)δ/2，则寄存器Ca((Na-3)/2)的内容增加1个数或者，

Ta+(Na-2)δ/2≤CMa<Ta+Na·δ/2，则寄存器Ca((Na-1)/2)的内容增加1个数，否则，执行空操作，即不执行任何操作，

以上统计过程完毕后进入过程(2)；

由于向正过零点本身就是一个新的起始过零点，所以，对向正过零点对应的CMa数据应该先记录到一个临时变量中，然后根据执行临时存储指令及其它处理指令所需要的时间对CMa和CMh进行初始化修正，并启动计数，然后再对临时存储的CMa计数器的原计数结果进行分区间统计，对此本发明实施例只是给出一种可能的解决方法，对此过程的处理方法本发明不做限制。

(4)如果Ch寄存器组中各个寄存器的值之和大于或等于Nh时，则Ch寄存器组中每个寄存器的值减去一个数(这个数一般为1)，以避免各个寄存器的数据发生溢出，如果减去一个数后所得结果小于或等于零的，该寄存器值以零代替；同样地，如果Ca寄存器组中各个寄存器的值之和大于或等于Na时，则Ca寄存器组中每个寄存器的值减去一个数(这个数一般为1)，以避免各个寄存器的数据发生溢出；如果减去一个数后所得结果小于或等于零的，该寄存器值以零代替，返回到(2)。

进一步，基于上述基准区间的确定过程，本发明实施例所述的方法还包括：判断上述基准区间是否为捕捉窗口中心所在的统计区间；如果否，根据基准区间的区间标识与捕捉窗口中心所在区间的区间标识之差值，调整捕捉窗口在时间上的位置，以使基准区间对准捕捉窗口中心所在的统计区间。

这里需要说明的是，为了达到持续捕捉交流信号的有效过零信号的目的，上述增减算法应该设计成为连续的或间歇的循环过程，可以采用全硬件电路来实现，也可采用微型计算机的处理器联合定时/计数器资源和外部中断资源的方式实现，本发明对此不进行限制。

下面以50Hz的交流电信号为例进行说明，设半个周期的时长内包含100个时间脉冲。因此，根据50Hz的交流电信号的频率计算下一个需要检测的过零点信号的估算出现时间的周期T，建立时间轴，并在每个需要检测的过零点信号的出现时间的前后一定范围设立捕捉窗口，图3示出了一种捕捉窗口的示意图，其中，横坐标表示时间t，纵坐标表示电压U，图3中仅仅示出了一个周期的交流电信号，以及两个窗口宽度为W的捕捉窗口，同时设置捕捉窗口的窗口宽度为W＝0.00014秒，将捕捉窗口分成7个窗口子区间，每个窗口子区间的时隔间隔，即窗口子区间的时间宽度δ＝W/7＝0.00002秒，同时，在寄存器组Ch中设置7个寄存器变量，分别统计每个窗口子区间捕捉的过零信号的个数，按照上述寄存器的命名规则对捕捉窗口中每个窗口子区间及对应的统计寄存器进行了命名，如，Ch(-3)、Ch(-2)、Ch(-1)、Ch(0)、Ch(1)、Ch(2)、Ch(3)，其中括号内的数值表示该统计区间的区间标识。

假设基于图3所示的捕捉窗口，依据过零点出现时CMh对应的时间计数脉冲数，对捕捉到的连续30个向负过零点进行统计，每个寄存器记录的过零点个数分别为Ch(-3)＝1、Ch(-2)＝2、Ch(-1)＝3、Ch(0)＝15、Ch(1)＝4、Ch(2)＝3、Ch(3)＝2，由此可以看出窗口子区间Ch(0)出现的过零信号次数最多，此时，分布的峰值所在区间与基准区间是重合的，说明过零点大多数出现在捕捉窗口的中点所在的区间，无需对捕捉窗口的时间位置进行调整。

假设Ch(-3)＝2、Ch(-2)＝4、Ch(-1)＝16、Ch(0)＝4、Ch(1)＝3、Ch(2)＝1、Ch(3)＝0，那么实测窗口子区间Ch(-1)出现的过零点信号最多，则可确定标识-1对应的窗口子区间Ch(-1)为基准区间，此时，可以判断出基准区间并不是捕捉窗口中心所在的子区间Ch(0)；因此，需要对捕捉窗口的时间位置进行调整，由于-1与0两个标识之差值为-1(δ)，即基准区间超前于捕捉窗口中心所在区间，因此，需要将捕捉窗口在时间上向前前移δ，即前移0.00002秒。

同理，假设Ch(-3)＝0、Ch(-2)＝0、Ch(-1)＝3、Ch(0)＝3、Ch(1)＝4、Ch(2)＝18、Ch(3)＝2，则实测窗口子区间Ch(2)出现的过零点信号最多，则可确定标识2对应的窗口子区间为基准区间，此时，可以判断出基准区间并不是捕捉窗口中心所在的子区间Ch(0)；因此，需要对捕捉窗口的时间位置进行调整，由于2与0两个标识之差值为2(δ)，即基准区间延后于捕捉窗口中心所在区间，因此，需要将捕捉窗口在时间上后移两个区间δ，即后移0.00004秒。

进一步，考虑到上述寄存器在多次统计后，数据累计会产生数据溢出的问题，因此，上述方法还包括：当捕捉窗口中统计到的过零信号的次数大于预先设置的溢出阈值时，将每个统计子区间的统计数减去一个指定的数值，以避免数据溢出。这个指定值一般是上述溢出阈值对捕捉窗口内的子区间数的平均数。

考虑到过零信号的捕捉是一个连续的动态过程，因此，上述捕捉窗口的调整过程也应该随着基准区间的变动设计成连续的动态过程，以便能及时跟踪由于过零点的漂移或者抖动引起的基准区间在捕捉窗口内的动态移动，使基准区间始终保持在捕捉窗口的中央位置。

上述捕捉窗口的调整过程，通过比较实测过零点的统计峰值所在的基准区间与捕捉窗口中心所在的统计区间是否重合，在不重合的情况下根据实测过零点的统计峰值所在的时间位置调整捕捉窗口的中心所在时间位置与之重合，能够有效地对交流电信号的过零信号进行跟踪和捕捉，排除其它因素的干扰，提高了对交流电信号的过零信号的捕捉的准确性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种过零信号的捕捉装置，如图4所示的一种过零信号的捕捉装置的结构示意图，该装置包括：

判断模块40，用于如果监测到交流电信号的输入信号，判断交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，捕捉窗口为交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；

确定模块42，用于当判断模块的判断结果为是时，确定捕捉到交流电信号的有效过零信号。

具体地，上述判断模块用于：判断在捕捉窗口中是否监测到交流电信号的过零信号对应的边沿信号；如果是，确定交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

在图4的基础上，图5还示出了本发明实施例提供的另一种过零信号的捕捉装置的结构示意图，除图4所示的结构外，上述装置还包括：

获取模块44，用于获取交流电信号的时间参数；

初始过零点确定模块46，用于根据时间参数确定交流电信号的初始过零点；

计算模块48，用于以初始过零点为起点，按照时间参数依次计算交流电信号的多个有效过零信号可能出现的时间区间；

标记模块50，用于将多个上述时间区间标记为多个捕捉窗口。

进一步，该捕捉窗口包括多个统计区间，每个统计区间的时间宽度为δ，捕捉窗口表示为W＝N×δ，其中，W为捕捉窗口的时间宽度，N为捕捉窗口包括的统计区间的个数；因此，上述装置还包括：

记录模块54，用于当交流电信号输入时，记录每个捕捉窗口内，交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；

统计模块56，用于统计各个统计区间出现的交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的统计区间标记为基准区间。

本发明实施例提供的交流电的有效过零信号的捕捉装置，与上述实施例提供的交流电的有效过零信号的捕捉方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的交流电的有效过零信号的捕捉方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、微型计算机(包括单片机和智能处理器)、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种交流电的有效过零信号的捕捉方法，其特征在于，所述方法包括：

如果监测到交流电信号的输入信号，判断所述交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，所述捕捉窗口为所述交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；

如果是，确定捕捉到所述交流电信号的有效过零信号；

其中，所述捕捉窗口包括多个统计区间，每个所述统计区间的时间宽度为δ，所述捕捉窗口表示为W＝N×δ，其中，W为所述捕捉窗口的时间宽度，N为所述捕捉窗口包括的统计区间的个数，所述方法还包括：

当所述交流电信号输入时，记录每个所述捕捉窗口内，所述交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；

统计各个所述统计区间出现的交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的所述统计区间标记为基准区间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口的步骤包括：

判断在所述捕捉窗口中是否监测到所述交流电信号的过零信号对应的边沿信号；

如果是，确定所述交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述交流电信号的时间参数；

根据所述时间参数确定所述交流电信号的初始过零点；

以所述初始过零点为起点，按照所述时间参数依次计算所述交流电信号的多个有效过零信号可能出现的时间区间；

将多个所述时间区间标记为多个所述捕捉窗口。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述基准区间是否为所述捕捉窗口的中心所在的统计区间；

如果否，根据所述基准区间的区间标识与所述捕捉窗口中心所在区间的区间标识之差值，调整所述捕捉窗口在时间上的位置，以使所述基准区间对准所述捕捉窗口的中心所在的统计区间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

统计所述捕捉窗口监测到的所述过零信号的次数，如果所述过零信号的次数大于预先设置的次数阈值，将每个所述统计区间中的区间标识统计个数减去指定的数值，以避免数据溢出。

6.一种交流电的有效过零信号的捕捉装置，其特征在于，所述装置包括：

判断模块，用于如果监测到交流电信号的输入信号，判断所述交流电信号的过零信号是否落入预先设置的捕捉窗口；其中，所述捕捉窗口为所述交流电信号的有效过零信号可能出现的时间区间；

确定模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，确定捕捉到所述交流电信号的有效过零信号；

其中，所述捕捉窗口包括多个统计区间，每个所述统计区间的时间宽度为δ，所述捕捉窗口表示为W＝N×δ，其中，W为所述捕捉窗口的时间宽度，N为所述捕捉窗口包括的统计区间的个数；

所述装置还包括：

记录模块，用于当所述交流电信号输入时，记录每个所述捕捉窗口内，所述交流电信号的过零信号出现的统计区间的区间标识；

统计模块，用于统计各个所述统计区间出现的交流电信号的过零信号的次数，将出现次数最多的所述统计区间标记为基准区间。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判断模块用于：

判断在所述捕捉窗口中是否监测到所述交流电信号的过零信号对应的边沿信号；

如果是，确定所述交流电信号的过零信号落入预先设置的捕捉窗口。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

获取模块，用于获取所述交流电信号的时间参数；

初始过零点确定模块，用于根据所述时间参数确定所述交流电信号的初始过零点；

计算模块，用于以所述初始过零点为起点，按照所述时间参数依次计算所述交流电信号的多个有效过零信号可能出现的时间区间；

标记模块，用于将多个所述时间区间标记为多个所述捕捉窗口。

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