CN110824977B - 信号采样方法、mcu核心处理模块及配电自动化终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号采样方法，包括：MCU核心处理模块根据预设的中断频率启动中断流程；中断流程启动后，所述MCU核心处理模块驱动AD采样模块执行采样处理；采样完成后，所述MCU核心处理模块驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；切换完成后，所述MCU核心处理模块退出中断流程。本发明还公开了一种MCU核心处理模块及配电自动化终端。采用本发明，可在保证较低硬件成本的前提下，有效提高MCU核心处理单元的处理工作效率。

Description

信号采样方法、MCU核心处理模块及配电自动化终端
技术领域
本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种信号采样方法、MCU核心处理模块及配电自动化终端。
背景技术
随着智能电网建设的推进以及配电网自动化建设的不断深化，对于各个电气监测点所监测信号的数量、种类也逐步增加。相应地，目前一个电气监测点至少需要监测10路双侧电压及7路电流模拟信号。
由于工作位置的特性，配电自动化终端作为电力配电自动化系统中的核心元件，其所监测的模拟信号量往往比较多，一般情况下，配电自动化终端需监测4路电压及7路电流模拟信号。因此，配电自动化终端必须具备多通道模拟信号采集功能。
目前AD采样芯片的设计模拟输入通道多为2、4、8路模式，所以单片AD采样芯片无法直接接入完成所有模拟输入信号的采样功能，因此，各个厂家对于实现配电自动化终端采集多路电气模拟信号输入，一般采用多芯片解决方案。
如图1所示，多芯片解决方案即根据最大模拟信号采集数量，终端硬件平台配置多片AD模拟转换芯片，实现模拟信号的连续跟踪，通过一个轮次实现所有模拟输入信号的采集。虽然多片AD采样芯片保证了模拟信号输入的连续跟踪，通过一次启动采样即可完成所有输入模拟信号的数据采集，但是多片AD采样器件势必提高了整个硬件平台的经济成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种信号采样方法、MCU核心处理模块及配电自动化终端，可有效提高MCU核心处理单元的处理工作效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种信号采样方法，包括：MCU核心处理模块根据预设的中断频率启动中断流程；中断流程启动后，所述MCU核心处理模块驱动AD采样模块执行采样处理；采样完成后，所述MCU核心处理模块驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；切换完成后，所述MCU核心处理模块退出中断流程。
作为上述方案的改进，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数。
作为上述方案的改进，所述切换顺序为：按照采样链路1，采样链路2……采样链路N的顺序循环切换。
作为上述方案的改进，所述信号采样方法还包括：所述当前采样链路实时将模拟信号输入所述AD采样模块。
作为上述方案的改进，所述信号采样方法还包括：所述AD采样模块将采样处理过程中采集到的模拟信号转发至所述MCU核心处理模块；所述MCU核心处理模块接收并存储所述模拟信号。
相应地，本发明还提供了一种MCU核心处理模块，包括：中断启动单元，用于根据预设的中断频率启动中断流程，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数；采样驱动单元，用于中断流程启动后，驱动AD采样模块执行采样处理；切换驱动单元，用于采样完成后，驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；中断退出单元，用于切换完成后，退出中断流程。
作为上述方案的改进，所述的MCU核心处理模块还包括：接收单元，用于接收所述AD采样模块发送的模拟信号；存储单元，用于存储所述模拟信号。
相应地，本发明还提供了一种配电自动化终端，包括MCU核心处理模块；与所述MCU核心处理模块连接的模拟切换开关，所述模拟切换开关用于根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；与所述MCU核心处理模块连接的AD采样模块，所述AD采样模块用于执行采样处理。
作为上述方案的改进，所述MCU核心处理模块与AD采样模块之间通过数据通讯总线电连接。
作为上述方案的改进，所述模拟切换开关至少连接两组采样链路。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明通过倍频采样技术并引入中断流程，使得模拟切换开关可利用退出中断与启动中断之间的间隔时间等待信号稳定，同时，MCU核心处理模块也可利用退出中断与启动中断之间的间隔时间执行其他命令且不需要原地执行空命令，有效消除延时导致的效率丢失，从而提高MCU核心处理单元的处理工作效率。
本发明采用“单MCU核心处理模块+单AD采样模块+单模拟切换开关”模式，并结合模拟信号的分组采样，保证在较低硬件成本的前提下，达到多片AD采样模块的模拟信号采样效果，进一步提高产品的性价比，使逻辑设计清晰简单易于实现。
附图说明
图1是现有的多芯片方案的具体结构；
图2是本发明信号采样方法的实施例流程图；
图3是本发明信号采样方法的另一实施例流程图；
图4是本发明信号采样方法的又一实施例流程图；
图5是本发明配电自动化终端的结构示意图；
图6是本发明配电自动化终端中MCU核心处理模块的结构示意图；
图7是本发明配电自动化终端中模拟切换开关的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图2，图2显示了本发明信号采样方法的实施例流程图，包括：
S101，MCU核心处理模块根据预设的中断频率启动中断流程。
启动采样前，MCU核心处理模块根据采样频率及模拟切换开关所连接的采样链路的数量预设中断频率；启动采样后，MCU核心处理模块块根据预设的中断频率启动中断流程。
进一步，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数。例如，模拟信号需要采用1200次/秒的采样频率，且模拟切换开关中设有两组采样链路，则中断频率为2400次/秒。
S102，中断流程启动后，所述MCU核心处理模块驱动AD采样模块执行采样处理。
S103，采样完成后，所述MCU核心处理模块驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路。
所述MCU核心处理模块可通过输出电平信号的方式实现对模拟切换开关的驱动。例如，当MCU核心处理模块向模拟切换开关输出高电平信号时，模拟切换开关切换到第一组采样链路；当MCU核心处理模块向模拟切换开关输出低电平信号时，模拟切换开关切换到第二组采样链路。同时，当模拟切换开关完成切换后，所述当前采样链路实时将模拟信号输入所述AD采样模块。
需要说明的是，所述模拟切换开关中至少连接两组采样链路，因此，通过模拟切换开关可对模拟信号进行分组分批采样。例如，若需要采集15路模拟信号，可将模拟信号分为两组进行采集，其中，第一次采集1～8路模拟信号，第二次采集9～15路模拟信号。
所述切换顺序为：按照采样链路1，采样链路2……采样链路N的顺序循环切换。
例如，模拟切换开关中设有三组采样链路，模拟信号需要采用2次/秒的采样频率，则中断频率预设为2×3＝6次/秒。相应地，模拟切换开关中采样链路的切换顺序为：采样链路1，采样链路2，采样链路3，采样链路1，采样链路2，采样链路3。
S104，切换完成后，所述MCU核心处理模块退出中断流程。
需要说明的是，一般情况下，模拟切换开关切换采样链路后，需要等待信号稳定后再进行下一次的采样，在等待过程中，MCU核心处理模块无法进行其他操作，即MCU核心处理模块需原地执行空命令。而本发明中，通过倍频采样技术并引入中断流程，从而使得模拟切换开关可利用退出中断与启动中断之间的间隔时间等待信号稳定，同时，MCU核心处理模块也可利用退出中断与启动中断之间的间隔时间执行其他命令且不需要原地执行空命令，大大地提高MCU核心处理单元的处理工作效率，保证在较低硬件成本的情况下，达到多片AD模拟芯片模拟信号采样效果，提高产品的性价比。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图3所示，本实施例中，需对15路模拟信号进行采样，模拟切换开关中设有两组采样链路，其中第一组采样链路用于对第1～8路模拟信号进行采样，第二组采样链路用于对第9～15路模拟信号进行采样；模拟信号需要采用2次/秒的采样频率；中断频率预设为2×2＝4次/秒。
S201，模拟切换开关预先切换到第一组采样链路；
S202，MCU核心处理模块根据预设的中断频率第一次启动中断流程；
S203，MCU核心处理模块驱动AD采样模块通过第一组采样链路对第1～8路模拟信号进行第一次采样；
S204，完成采样后，MCU核心处理模块驱动模拟切换开关切换到第二组采样链路；
S205，完成切换后，MCU核心处理模块退出中断流程；
S206，MCU核心处理模块根据预设的中断频率第二次启动中断流程；
S207，MCU核心处理模块驱动AD采样模块通过第二组采样链路对第9～15路模拟信号进行第一次采样；
S208，完成采样后，MCU核心处理模块驱动模拟切换开关切换回第一组采样链路；
S209，完成切换后，MCU核心处理模块退出中断流程；
S210，MCU核心处理模块根据预设的中断频率第三次启动中断流程；
S211，MCU核心处理模块驱动AD采样模块通过第一组采样链路对第1～8路模拟信号进行第二次采样；
S212，完成采样后，MCU核心处理模块驱动模拟切换开关切换回第二组采样链路；
S213，完成切换后，MCU核心处理模块退出中断流程；
S214，MCU核心处理模块根据预设的中断频率第四次启动中断流程；
S215，MCU核心处理模块驱动AD采样模块通过第二组采样链路对第9～15路模拟信号进行第二次采样；
S216，完成采样后，MCU核心处理模块驱动模拟切换开关切换回第一组采样链路；
S217，完成切换后，MCU核心处理模块退出中断流程，结束采样。
因此，本发明通过引入中断流程，使得模拟切换开关利用退出中断与启动中断之间的间隔时间(即步骤S205与步骤S206、步骤S209与步骤S210、步骤S213与步骤S214之间的间隔时间)等待信号稳定，MCU核心处理模块利用退出中断与启动中断之间的间隔时间执行其他命令且不需要原地执行空命令，从而提高了整个软件系统的工作效率。
参见图4，图4显示了本发明信号采样方法的又一实施例流程图，包括：
S301，MCU核心处理模块根据预设的中断频率启动中断流程。
其中，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数。
S302，中断流程启动后，所述MCU核心处理模块驱动AD采样模块执行采样处理。
S303，采样完成后，所述MCU核心处理模块驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路。
所述切换顺序为：按照采样链路1，采样链路2……采样链路N的顺序循环切换。
S304，切换完成后，所述MCU核心处理模块退出中断流程。
S305，所述AD采样模块将采样处理过程中采集到的模拟信号转发至所述MCU核心处理模块。
S306，所述MCU核心处理模块接收并存储所述模拟信号.
需要说明的是，本发明通过多组采样链路对模拟信号进行采集，其中，MCU核心处理模块每发生一次中断，模AD采样模块通过一组采样链路执行一次采样，因此，只有当模拟切换开关中的所有采样链路均完成一次采样才算完成一组模拟信号的采集。本发明中，AD采样模块将采集到的模拟信号实时发送至MCU核心处理模块进行缓存，可方便MCU核心处理模块完成一组模拟信号的采集后再对模拟信号进行统一处理，从而保证模拟信号的完整性，有效地避免信号的缺失。
参见图5，图5显示了本发明配电自动化终端的具体结构。
所述配电自动化终端包括模拟切换开关3、MCU核心处理模块1及AD采样模块2。其中，所述MCU核心处理模块1与AD采样模块2之间通过数据通讯总线电连接，所述AD采样模块2分别与模拟切换开关3及MCU核心处理模块1电连接。
所述MCU核心处理模块1用于根据预设的中断频率启动中断流程并分别驱动模拟切换开关3及AD采样模块2。
所述模拟切换开关3用于根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路。需要说明的是，所述模拟切换开关3至少设有两组采样链路，因此，模拟切换开关3可对当前连接的采样链路进行自由切换，灵活性强。
所述AD采样模块2用于执行采样处理。
如图6所示，所述MCU核心处理模块1包括中断启动单元11、采样驱动单元12、切换驱动单元13及中断退出单元14，具体地：
中断启动单元11，用于根据预设的中断频率启动中断流程。需要说明的是，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数。
采样驱动单元12，用于中断流程启动后，驱动AD采样模块执行采样处理。
切换驱动单元13，用于采样完成后，驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路。
中断退出单元14，用于切换完成后，退出中断流程。
采样过程中，中断启动单元11根据预设的中断频率驱动MCU核心处理模块1启动中断流程，同时，采样驱动单元12驱动AD采样模块2执行采样处理，完成采样后，切换驱动单元13驱动模拟切换开关3根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路，完成切换后，中断退出单元14驱动MCU核心处理模块1退出中断流程，并等待下一次中断的启动。此时，MCU核心处理模块可利用退出中断与启动中断之间的间隔时间执行其他命令。
如图7所示，所述MCU核心处理模块1还包括接收单元15及存储单元16，具体地：
接收单元15，用于接收所述AD采样模块发送的模拟信号；
存储单元16，用于存储所述模拟信号。
AD采样模块2完成采样后，AD采样模块2将采集到的模拟信号实时发送至MCU核心处理模块1，当接收单元15接收到模拟信号后可通过存储单元16进行缓存，从而方便MCU核心处理模块1完成一组模拟信号的采集后再对模拟信号进行统一处理，从而保证模拟信号的完整性，有效地避免信号的缺失。
因此，本发明通过倍频采样技术，在采用“单MCU核心处理模块+单AD采样模块+单模拟切换开关”模式的情况下，可有效提高MCU核心处理模块的处理工作效率，保证在较低硬件成本的前提下，达到多片AD采样模块的模拟信号采样效果，进一步提高产品的性价比，使逻辑设计清晰简单易于实现。
由上可知，本发明具有以下有益效果：
1、采用模拟切换开关，实现模拟信号的分组采样，灵活性强；
2、通过倍频方式执行采样，消除采样模拟信号建立稳定所需延时，提高MCU核心处理模块的工作效率；
3、软件逻辑设计清晰简单；
4、“单MCU核心处理模块+单AD采样模块+单模拟切换开关”的配置，降低了产品的硬件成本，提高产品综合性价比。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种信号采样方法，其特征在于，包括：
MCU核心处理模块根据预设的中断频率启动中断流程；
中断流程启动后，所述MCU核心处理模块驱动AD采样模块执行采样处理；
采样完成后，所述MCU核心处理模块驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；其中，所述模拟切换开关中至少连接两组采样链路，每组采样链路包括至少一路模拟信号；
切换完成后，所述MCU核心处理模块退出中断流程；
所述MCU核心处理模块利用退出中断流程与启动中断流程之间的间隔时间执行其他命令。
2.如权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为所述模拟切换开关所连接的采样链路的组数。
3.如权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，所述切换顺序为：按照采样链路1，采样链路2……采样链路N的顺序循环切换。
4.如权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，还包括：所述当前采样链路实时将模拟信号输入所述AD采样模块。
5.如权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，还包括：
所述AD采样模块将采样处理过程中采集到的模拟信号转发至所述MCU核心处理模块；
所述MCU核心处理模块接收并存储所述模拟信号。
6.一种MCU核心处理模块，其特征在于，包括：
中断启动单元，用于根据预设的中断频率启动中断流程，所述中断频率为所述MCU核心处理模块进行数据分析时所需的采样频率的N倍，所述N为模拟切换开关所连接的采样链路的组数；
采样驱动单元，用于中断流程启动后，驱动AD采样模块执行采样处理；
切换驱动单元，用于采样完成后，驱动模拟切换开关根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；其中，所述模拟切换开关中至少连接两组采样链路，每组采样链路包括至少一路模拟信号；
中断退出单元，用于切换完成后，退出中断流程；其中，所述MCU核心处理模块利用退出中断流程与启动中断流程之间的间隔时间执行其他命令。
7.如权利要求6所述的MCU核心处理模块，其特征在于，还包括：
接收单元，用于接收所述AD采样模块发送的模拟信号；
存储单元，用于存储所述模拟信号。
8.一种配电自动化终端，其特征在于，包括：
权利要求6或7所述的MCU核心处理模块；
与所述MCU核心处理模块连接的模拟切换开关，所述模拟切换开关用于根据预设的切换顺序将当前采样链路切换为下一采样链路；
与所述MCU核心处理模块连接的AD采样模块，所述AD采样模块用于执行采样处理。
9.如权利要求8所述的配电自动化终端，其特征在于，所述MCU核心处理模块与AD采样模块之间通过数据通讯总线电连接。
10.如权利要求8所述的配电自动化终端，其特征在于，所述模拟切换开关至少连接两组采样链路。
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