CN110470903B - 一种电压频率软测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提出了一种电压频率软测量装置和方法，包括：电压互感器、抬升电路及处理器；所述电压互感器将市电电压信号转换成毫安级别的电流信号并传输至抬升电路；所述抬升电路将得到的交流信号进行抬升至处理器可识别的信号；所述处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t，所述处理器对采样后的电流信号经过校正之后还原为采样得到的电压信号；测量电压频率。本公开节约了硬件电路板设计的成本，利用软件测量的方法来测量频率，提高了频率测量的精度，具有一定的实用性。

Description

一种电压频率软测量装置和方法
技术领域
本公开涉及电压频率测量技术领域，特别是涉及一种电压频率软测量装置和方法。
背景技术
目前太阳能发电已经作为一种成熟的新能源方式为人们提供电能，在农村地区家用太阳能在为自己提供能源的同时还可以将剩余的电能输入到电网以此来节约能源，但是电网对于电能质量的要求比较高，需要同频率同相位才能接受来自家用太阳能的电能。
因此对于家用太阳能产生的电能质量检测是必要的。特别是对于频率的检测，目前电压频率检测的装置的一般原理是在硬件电路中增加一个过零检测装置、扩频装置，扩频装置主要是提高计数器的频率分频，当计数器的频率越高时所测量的频率准确度就越高，当过零检测装置检测到采样电压的过零点之后就启动计数器开始计数，当检测到下一个过零点之后停止计数。记在半个周期内计数器计数的个数为n，计数器的频率为f。则所测量的电压频率为f/2n。这种传统的频率测量方法需要外部硬件电路，硬件电路的增加也增加了设计成本，另外硬件电路板受到焊接工艺的影响难免会产生误差。
发明内容
本说明书实施方式的目的是提供一种电压频率软测量装置，减少硬件设计成本，增加频率测量的准确性。
本说明书实施方式提供一种电压频率软测量装置，通过以下技术方案实现：
包括：
电压互感器、抬升电路及处理器；
所述电压互感器将市电电压信号转换成毫安级别的电流信号并传输至抬升电路；
所述抬升电路将得到的交流信号进行抬升至处理器可识别的信号；
所述处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t，所述处理器对采样后的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压信号；
基于一个周波的电压信号，寻找相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
进一步的技术方案，所述处理器将测量得到的频率通过显示设备进行显示。
进一步的技术方案，所述电压互感器为电流型电压互感器，其一次二次侧的比为1:1，其作用是将大电压转化成毫安级别的电流信号。
进一步的技术方案，所述抬升电路，其作用是将采样法得到的数据进行抬升，得到处理器能够识别的0到3.3V之间的电压。
本说明书实施方式提供一种电压频率软测量方法，通过以下技术方案实现：
包括：
步骤一：电压周波数据的采集：市电电压通过电压互感器将大的电压信号转换成毫安级别的电流信号；此处的市电电压就是发电厂产生的电压即电网电压。
步骤二：电流信号的处理：利用抬升电路将交流电流信号进行抬升，抬升到0到3.3V之间处理器能够识别的电压，处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t；
抬升电路利用调整电路中运算放大器上边的一个电阻，利用虚断虚断的性质计算得到电流信号对应的电压值。
步骤三：电压采样校正：通过步骤二中处理器得到的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压值；
步骤四：频率的计算：寻找相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
进一步的技术方案，所述处理器将所测量的频率通过显示设备进行显示。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开节约了硬件电路板设计的成本，利用软件测量的方法来测量频率，提高了频率测量的精度，具有一定的实用性。
为了减少硬件设计成本，增加频率测量的准确性，本公开提出了一种电压频率软测量装置和方法。本公开考虑了传统电压测量装置的硬件电路板焊接差异和成本高的问题，利用软测量的方法，从而实现电压频率的测量，提高其精度。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例中电压频率软测量方法的流程图；
图2为本公开实施例中频率计算示意图；
图3为本公开实施例中电压检测电路示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例子一
该实施例公开了一种电压频率软测量装置，包括：
电压互感器、抬升电路及处理器；
所述电压互感器将市电电压信号转换成毫安级别的电流信号并传输至抬升电路；
所述抬升电路将得到的交流信号进行抬升至处理器可识别的信号；
所述处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t，所述处理器对采样后的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压信号；
基于一个周波的电压信号，寻找相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
所述处理器将测量得到的频率通过显示设备进行显示。
电压互感器为电流型电压互感器，其一次二次侧的比为1:1，其作用是将大电压转化成毫安级别的电流信号。
抬升电路，其作用是将采样法得到的数据进行抬升，得到处理器能够识别的0到3.3V之间的电压。
实施例子二
本说明书实施方式提供一种电压频率软测量方法，参见附图1所示，通过以下技术方案实现：
包括：
步骤一：电压周波数据的采集：市电电压通过电压互感器将大的电压信号转换成毫安级别的电流信号；
步骤二：电流信号的处理：步骤一中所得到的电流信号还是交流的，由于单片机无法识别0V以下的信号，所以中间需要经过一个抬升电路将交流信号进行抬升，抬升到0到3.3V之间单片机可以识别的电压，单片机对一个周波进行64点采样，采样两点之间时间间隔t为312.5us。
步骤三：电压采样校正：通过步骤二中处理器得到的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压值；
校正时，利用最小二乘法可以得到采样数据的散点图，然后利用散点图得到散点的拟合曲线，拟合曲线公式的输入是单片机采样得到的电压信号，也就是校正之前的信号。拟合曲线公式的输出就是校正之后的电压。
步骤四：频率的计算：寻找一个周波的电压信号中相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
图2为本公开实施例中频率计算示意图。图2中b点为计数起始点，c为计数结束点。t2为两个采样点之间间隔时间为312.5us，假设a点的采样电压为-50V，假设b点的电压80V，那么由图可知
Figure BDA0002150837420000061
同理可知，
Figure BDA0002150837420000062
采样时间为T＝t1+t3+n*0.0003125，测得的频率F＝1/T。经过测试可知，本发明可以准确的测量电压频率。说明本发明的电压频率软测量的方法，提高测量电压频率的精准度。
图3为电压检测电路示意图。图中电流型电压互感器1，其一次二次侧的比为1:1.其作用是将大电压转化成毫安级别的电流信号。图中抬升电路2，其作用是将采样法得到的数据进行抬升，得到单片机可以识别的0到3.3V之间的电压。
本公开节约了硬件电路板设计的成本，利用软件测量的方法来测量频率，提高了频率测量的精度，具有一定的实用性。
可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压频率软测量装置，其特征是，包括：
电压互感器、抬升电路及处理器；
所述电压互感器将市电电压信号转换成毫安级别的电流信号并传输至抬升电路；
所述抬升电路将得到的交流信号进行抬升至处理器可识别的信号；
所述处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t，所述处理器对采样后的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压信号；
基于一个周波的电压信号，寻找相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个周波的电压信号中相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
2.如权利要求1所述的一种电压频率软测量装置，其特征是，所述处理器将测量得到的频率通过显示设备进行显示。
3.如权利要求1所述的一种电压频率软测量装置，其特征是，所述电压互感器为电流型电压互感器，其一次二次侧的比为1:1，其作用是将大电压转化成毫安级别的电流信号。
4.如权利要求1所述的一种电压频率软测量装置，其特征是，所述抬升电路，其作用是将采样法得到的数据进行抬升，得到处理器能够识别的0到3.3V之间的电压。
5.如权利要求1所述的一种电压频率软测量装置，其特征是，所述处理器对采样后的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压信号，校正时，利用最小二乘法得到采样数据的散点图，然后利用散点图得到散点的拟合曲线，拟合曲线公式的输入是处理器采样得到的电压信号，也就是校正之前的信号，拟合曲线公式的输出就是校正之后的电压。
6.一种电压频率软测量方法，其特征是，包括：
步骤一：电压周波数据的采集：市电电压通过电压互感器将大的电压信号转换成毫安级别的电流信号；
步骤二：电流信号的处理：利用抬升电路将交流电流信号进行抬升，抬升到0到3.3V之间处理器能够识别的电压，处理器对一个周波进行采样，采样两点之间时间间隔为t；
步骤三：电压采样校正：通过步骤二中处理器得到的电压信号经过校正之后还原为采样得到的电压值；
步骤四：频率的计算：寻找相邻异号的两个点，选取两个点中后一个点作为计数的起始点；
寻找下一个周波的电压信号中相邻异号的两个点，在此两个点中第一个点停止计数；
计算计数起始点距离0V之间的时间t1；
计算计数结束点距离0V之间的时间t2；
所测量的频率f＝1/(t1+t2+n*t)。
7.如权利要求6所述的一种电压频率软测量方法，其特征是，所述处理器将所测量的频率通过显示设备进行显示。
8.如权利要求6所述的一种电压频率软测量方法，其特征是，所述步骤三：电压采样校正：利用最小二乘法得到采样数据的散点图，然后利用散点图得到散点的拟合曲线，拟合曲线公式的输入是处理器采样得到的电压信号，也就是校正之前的信号，拟合曲线公式的输出就是校正之后的电压。
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