CN113114254A - 一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 - Google Patents
一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113114254A CN113114254A CN202110541184.2A CN202110541184A CN113114254A CN 113114254 A CN113114254 A CN 113114254A CN 202110541184 A CN202110541184 A CN 202110541184A CN 113114254 A CN113114254 A CN 113114254A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sampling
- control system
- control
- analog quantity
- conversion module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/14—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Abstract
本发明提供了一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，初始化控制系统相关参数，通过控制系统实时向AD转换模块发送控制信号，AD转换模块接收并识别控制信号，经过复位、启动转换后，AD转换模块通过SPI串行外设接口将数据传输至控制系统缓存区，进而实现高速多通道同步模拟量数据采集的智能控制。本发明所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法新颖、高效，易于实现，既提升了采样控制环节的精度与可靠性，同时又降低操作难度，优化了控制流程，从而提升了数字化牵引变电站的能效，增强了数字化牵引变电站的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于牵引变电站继电保护领域，尤其是涉及一种高速多通道同步模拟量采集控制方法。
背景技术
在牵引变电站继电保护实施的过程中，需要实时监测各种电压或电流等模拟量信号，以表征牵引变电站的运行状态。模拟量的数据采集在微机继电保护中占有极其重要的地位，只有高精度、低相位偏移的同步模拟量采集系统才能真实的表征牵引变电站的运行状态。传统的模拟量采集技术比较成熟，但是也存在着一些不足之处，如采样精度低、温漂大、总谐波失真THD较大等，由于控制方法不当导致数据误差较大，不能真实、准确的反映牵引变电站相关电气量的运行情况。鉴于上述问题，亟需一种具有高稳定性、高精度的多通道同步模拟量采集控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，以解决现有的控制方法容易导致数据误差较大，不能真实、准确的反应牵引变电站相关电气量的运行情况的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，初始化控制系统相关参数，通过控制系统实时向AD转换模块发送控制信号，AD转换模块接收并识别控制信号，经过复位、启动转换后，AD转换模块通过SPI串行外设接口将数据传输至控制系统缓存区，进而实现高速多通道同步模拟量数据采集的智能控制。
进一步的，具体步骤包括：
S1、初始化控制系统相关参数包括设置系统时钟clk、SPI串行外设接口时钟sclk、采集间隔t1、同步采样路数n、采样精度、采样中断触发时刻t2、采样缓冲区；
S2、生成控制信号，包括片选信号cs、复位信号rst、启动转换信号convst；
S3、控制系统向AD转换模块发出复位信号rst和启动转换信号convst，AD转换模块接收并识别相应信号，并依次进行复位和启动转换；
S4、转换完成后，控制系统再向AD转换模块发送片选信号cs，结合sclk节拍，AD转换模块上的SPI串行外设接口将转换后的数字量数据传输至控制系统中采样缓冲区；
S5、当数据量数据传输完成后，延时至采样中断触发时刻t2、产生中断信号，并发送至CPU；
S6、CPU响应该中断信号，读取控制系统中采样缓冲区的全部数据，然后进行分析和计算，并将数据存储于flash；
S7、循环控制，进入下一次模拟量采集，跳转至S1。
进一步的，控制系统包括FPGA和控制逻辑，经综合、布局布线可初始化控制系统和发出控制信号。
进一步的，步骤S1中，系统时钟clk通过控制系统锁相环PLL设置，经过4分频，得到SPI串行外设接口时钟sclk。
进一步的，步骤S1中，采样中断触发时刻t2等于2倍采样间隔t1，在所述控制系统中，参考系统时钟clk，设计采样间隔计数器实现采样间隔t1。
进一步的，步骤S4中，采样缓冲区的结构配置为两区，用于临时存储采样数字量数据。
进一步的，步骤S6中，CPU响应该中断信号后读取控制系统中采样缓冲区数据的方式为直接读取或乒乓操作。
相对于现有技术，本发明所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法通过设置采样间隔计数器，明确了采集单点的消耗时间，便于配合继电保护算法计算，同时，采用复同步复位、同步启动转换控制实现了多通道同步采样，有利于多通道在同相位条件下进行采样值分析与比较；
(2)本发明所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法新颖、高效，易于实现，既提升了采样控制环节的精度与可靠性，同时又降低操作难度，优化了控制流程，从而提升了数字化牵引变电站的能效，增强了数字化牵引变电站的可靠性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法流程图；
图2为本发明实施例所述的控制系统示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1和图2所示，一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，初始化控制系统，通过控制系统实时向AD转换模块发送控制信号，AD转换模块接收并识别控制信号，经过复位、启动转换后，AD转换模块通过SPI串行外设接口将数据传输至控制系统缓存区，进而实现高速多通道同步模拟量数据采集的智能控制、智慧控制。
具体步骤包括：
S1、初始化控制系统相关参数包括设置系统时钟clk、SPI串行外设接口时钟sclk、采集间隔t1、同步采样路数n、采样精度、采样中断触发时刻t2、采样缓冲区；
S2、生成控制信号，包括片选信号cs、复位信号rst、启动转换信号convst；
S3、控制系统向AD转换模块发出复位信号rst和启动转换信号convst，AD转换模块接收并识别相应信号，并依次进行复位和启动转换；
S4、转换完成后，控制系统再向AD转换模块发送片选信号cs，结合sclk节拍，AD转换模块上的SPI串行外设接口将转换后的数字量数据传输至控制系统中采样缓冲区；
S5、当数据量数据传输完成后，延时至采样中断触发时刻t2、产生中断信号，并发送至CPU；
S6、CPU响应该中断信号，读取控制系统中采样缓冲区的全部数据，然后进行分析和计算，并将数据存储于flash；
S7、循环控制，进入下一次模拟量采集，跳转至S1。
控制系统包括FPGA和控制逻辑，经综合、布局布线可初始化控制系统和发出控制信号。
步骤S1中，系统时钟clk通过控制系统锁相环PLL设置，经过4分频，得到SPI串行外设接口时钟sclk。
步骤S1中，采样中断触发时刻t2等于2倍采样间隔t1，在所述控制系统中，参考系统时钟clk和每周波采样点数，设计采样间隔计数器实现采样间隔t1。
步骤S4中，采样缓冲区的结构配置为两区，采样缓冲区的大小根据同步采样路数n、采样精度等设置，用于临时存储采样数字量数据。
步骤S6中，CPU响应该中断信号后读取控制系统中采样缓冲区数据的方式为直接读取或乒乓操作。
结合具体实施例如下：
初始化控制系统相关参数，设置通过控制系统锁相环PLL设置系统时钟clk为100MHz，经过4分频，可计算出SPI串行外设接口时钟sclk为25MHz；例如每周波80点采样情况，采样间隔t1可设为250us，采样中断触发时刻t2设为500us，同步采样路数n一般设置为24路，可根据实际情况动态调整，采样精度一般为16位，采样缓冲区共96个字节，每个子区大小为48个字节。
根据时序要求，FPGA控制逻辑经综合、布局布线可初始化控制系统和控制信号等，复位信号rst为高电平有效，高电平持续时间至少为100ns，AD转换模块复位后10ns,生成启动转换信号convst低有效脉冲，脉冲持续时间至少4us，实际测量区间在4至8us，转换完成后，再延时10ns，生成AD转换模块片选信号cs低有效脉冲，持续时间为2.56us，cs信号拉低后，参照sclk节拍，AD转换模块上的SPI串行外设接口将转换后的数字量数据传输至控制系统中采样缓冲区。两次采样结束后，刚好满足采样中断触发时刻t2等于500us，生成中断信号，发送至CPU,CPU响采样中断信号后读取控制系统中采样缓冲区数据的方式为直接读取或乒乓操作。
用于存储采样数据的flash为32MB的spi nor flash，可配置为高速模式，快速存储数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：初始化控制系统相关参数，通过控制系统实时向AD转换模块发送控制信号，AD转换模块接收并识别控制信号，经过复位、启动转换后，AD转换模块通过SPI串行外设接口将数据传输至控制系统缓存区，进而实现高速多通道同步模拟量数据采集的智能控制。
2.根据权利要求1所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于，具体步骤包括：
S1、初始化控制系统相关参数包括设置系统时钟clk、SPI串行外设接口时钟sclk、采集间隔t1、同步采样路数n、采样精度、采样中断触发时刻t2、采样缓冲区；
S2、生成控制信号，包括片选信号cs、复位信号rst、启动转换信号convst；
S3、控制系统向AD转换模块发出复位信号rst和启动转换信号convst，AD转换模块接收并识别相应信号，并依次进行复位和启动转换；
S4、转换完成后，控制系统再向AD转换模块发送片选信号cs，结合sclk节拍，AD转换模块上的SPI串行外设接口将转换后的数字量数据传输至控制系统中采样缓冲区；
S5、当数据量数据传输完成后，延时至采样中断触发时刻t2、产生中断信号，并发送至CPU；
S6、CPU响应该中断信号，读取控制系统中采样缓冲区的全部数据，然后进行分析和计算，并将数据存储于flash；
S7、循环控制，进入下一次模拟量采集，跳转至S1。
3.根据权利要求1所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：控制系统包括FPGA和控制逻辑，经综合、布局布线可初始化控制系统和发出控制信号。
4.根据权利要求2所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：步骤S1中，系统时钟clk通过控制系统锁相环PLL设置，经过4分频，得到SPI串行外设接口时钟sclk。
5.根据权利要求2所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：步骤S1中，采样中断触发时刻t2等于2倍采样间隔t1，在所述控制系统中，参考系统时钟clk，设计采样间隔计数器实现采样间隔t1。
6.根据权利要求2所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：步骤S4中，采样缓冲区的结构配置为两区，用于临时存储采样数字量数据。
7.根据权利要求2所述的一种高速多通道同步模拟量采集控制方法，其特征在于：步骤S6中，CPU响应该中断信号后读取控制系统中采样缓冲区数据的方式为直接读取或乒乓操作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110541184.2A CN113114254B (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110541184.2A CN113114254B (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113114254A true CN113114254A (zh) | 2021-07-13 |
| CN113114254B CN113114254B (zh) | 2022-08-26 |
Family
ID=76722857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110541184.2A Active CN113114254B (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113114254B (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004112077A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Sharp Corp | Ａｄ変換装置、多チャンネルａｄ変換装置、ｘ線センサーモジュールおよびそれらの制御方法 |
| US20080094272A1 (en) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Denso Corporation | Multi-channel sample and hold circuit and multi-channel A/D converter |
| CN201583944U (zh) * | 2009-12-24 | 2010-09-15 | 北京航天长征飞行器研究所 | 一种采用fpga实现基于pci总线的实时采集卡 |
| CN102023808A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-04-20 | 北京理工大学 | 多通道同步数据采集卡 |
| CN102065254A (zh) * | 2009-11-17 | 2011-05-18 | 无锡华润矽科微电子有限公司 | 一种多通道信号采集转换方法和电路 |
| CN102253295A (zh) * | 2011-06-03 | 2011-11-23 | 安徽继远电网技术有限责任公司 | 基于fpga的高速数据采集与数字信号处理板 |
| US8587461B1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-11-19 | Maxim Integrated Products, Inc. | Data acquisition system with analog-to-digital converter having integrated multiplexer control |
| CN104570858A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 模拟信号采样方法以及采样系统 |
| CN104950770A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-30 | 中国船舶重工集团公司第七二六研究所 | 可控的高速多通道信号采集控制电路系统及其控制方法 |
| CN105790763A (zh) * | 2014-12-21 | 2016-07-20 | 哈尔滨智晟天诚科技开发有限公司 | 一种基于pc104总线的六通道模数转换模块 |
| CN105811983A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-27 | 长沙威胜信息技术有限公司 | 用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路和采用方法 |
| CN108134607A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 北京华航无线电测量研究所 | 基于jesd204b的板间高速ad同步采集电路及同步方法 |
| CN112362960A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-02-12 | 武汉海奥电气有限公司 | 一种电参数高速高精度大动态范围测量系统及方法 |
-
2021
- 2021-05-18 CN CN202110541184.2A patent/CN113114254B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004112077A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Sharp Corp | Ａｄ変換装置、多チャンネルａｄ変換装置、ｘ線センサーモジュールおよびそれらの制御方法 |
| US20080094272A1 (en) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Denso Corporation | Multi-channel sample and hold circuit and multi-channel A/D converter |
| CN102065254A (zh) * | 2009-11-17 | 2011-05-18 | 无锡华润矽科微电子有限公司 | 一种多通道信号采集转换方法和电路 |
| CN201583944U (zh) * | 2009-12-24 | 2010-09-15 | 北京航天长征飞行器研究所 | 一种采用fpga实现基于pci总线的实时采集卡 |
| CN102023808A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-04-20 | 北京理工大学 | 多通道同步数据采集卡 |
| CN102253295A (zh) * | 2011-06-03 | 2011-11-23 | 安徽继远电网技术有限责任公司 | 基于fpga的高速数据采集与数字信号处理板 |
| US8587461B1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-11-19 | Maxim Integrated Products, Inc. | Data acquisition system with analog-to-digital converter having integrated multiplexer control |
| CN104570858A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 模拟信号采样方法以及采样系统 |
| CN105790763A (zh) * | 2014-12-21 | 2016-07-20 | 哈尔滨智晟天诚科技开发有限公司 | 一种基于pc104总线的六通道模数转换模块 |
| CN104950770A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-30 | 中国船舶重工集团公司第七二六研究所 | 可控的高速多通道信号采集控制电路系统及其控制方法 |
| CN105811983A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-27 | 长沙威胜信息技术有限公司 | 用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路和采用方法 |
| CN108134607A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 北京华航无线电测量研究所 | 基于jesd204b的板间高速ad同步采集电路及同步方法 |
| CN112362960A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-02-12 | 武汉海奥电气有限公司 | 一种电参数高速高精度大动态范围测量系统及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| DAG A. H. SAMUELSEN等: "Low-cost multi-channel analog sampler and signal generator for remote laboratories", 《IEEE》 * |
| 杨盼盼: "基于FPGA的弓网电弧模拟装置多通道数据采集系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 * |
| 范君健等: "基于FPGA+STM32的多通道数据采集系统设计", 《兵器装备工程学报》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113114254B (zh) | 2022-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102006159A (zh) | 基于ieee1588多从钟的采样值多接口同步系统 | |
| CN102158336A (zh) | 用于电力电子系统的多通道隔离高速智能收发装置及方法 | |
| CN101175225A (zh) | 数字视频数据测试系统及半导体器件 | |
| CN104539383B (zh) | 实时捕获脉冲信号功率装置及其实现方法 | |
| CN202034996U (zh) | 用于电力电子系统的多通道隔离高速智能收发装置 | |
| CN105553600A (zh) | 一种irig-b直流码编解码装置及其编解码方法 | |
| CN113114254B (zh) | 一种高速多通道同步模拟量采集控制方法 | |
| CN106970679B (zh) | 一种基于时间-数字转换器电路的多芯片同步结构 | |
| CN101533083A (zh) | 一种gps信号的并行捕获系统及方法 | |
| CN105785456B (zh) | 一种微观磁共振探测装置及方法 | |
| CN103048506B (zh) | 一种用于校准并行采集系统数据拼合顺序的方法 | |
| CN107817721B (zh) | 电力录波数据同步采集系统 | |
| CN105610545A (zh) | 一种基于fpga的ft3自适应解码系统及方法 | |
| CN110875792A (zh) | 一种基于主动同步的电池管理单元采样及数据上送方法 | |
| CN117335898B (zh) | 一种基于fpga软件的tr模块快速自动提数的方法 | |
| CN105738725B (zh) | 多路交流分相同步采样方法及电路 | |
| CN116560457B (zh) | 基于iic通信的跨时钟域同步电路及方法 | |
| CN103530263B (zh) | 基于fpga/mcu结构的1553b远程终端装置 | |
| CN105071887A (zh) | 一种智能变电站过程层装置的时间同步方法 | |
| CN204305039U (zh) | 实时捕获脉冲信号功率装置 | |
| CN102109552B (zh) | 基于锁相技术的高频高速频率测试系统及测试方法 | |
| CN112130485A (zh) | 一种高速多通道同步采集装置及方法 | |
| CN100581072C (zh) | Td-scdma直放站上下行收发转换自适应控制系统及方法 | |
| CN112491001B (zh) | 一种免滤波的信号采集方法及其系统和漏电保护装置 | |
| CN219758826U (zh) | 一种多通道高速信号采集系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |