CN213337806U - 一种基于ft3协议的数字直流电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于FT3协议的数字直流电能表，包括数字量采样模块、FPGA模块、单核处理模块以及双核处理器，双核处理器包括DSP模块以及ARM处理器。本实用新型的有益效果是：通过增加FPGA模块、DSP模块以及ARM处理器，FPGA模块为整个系统提供时钟同步信号，DSP模块提高电能数据的采集精度，并且通过增加ARM处理器对接收的电能数据计算错误校验码，然后将计算的错误校验码和电能数据通过错误校验和完善的应答系统发送给单核处理模块，提高了电能计量的分辨率，进一步确保电能计量的准确度。

Description

一种基于FT3协议的数字直流电能表

技术领域

本实用新型涉及电能仪表技术领域，尤其涉及一种基于FT3协议的数字直流电能表。

背景技术

智能变电站是智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，是智能电网的重要组成部分，其中的智能量测系统的基本工作是以电子式互感器和合并单元输出全数字信号给数字直流电能表，数字直流电能表是新一代智能化变电站计量的核心设备，已经得到了大量的运用，现有的数字直流电能表的计量精度可以满足0.2级/0.5级，但是对于要求更高精度的测试，现有的数字直流电能表还不能满足要求。这对数字直流电能表的计量精度提出了更高的要求，高精度数字直流电能表研制成为迫切之需。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种基于FT3协议的数字直流电能表，主要解决现有数字直流电能表的计量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种基于FT3协议的数字直流电能表，包括数字量采样模块、FPGA模块、单核处理模块以及双核处理器，双核处理器包括DSP模块以及ARM处理器；

数字量采样模块用于采集FT3光数字信号，并根据FT3光数字信号输出相应的数字量信号；FPGA模块用于接收数字量信号，并根据数字量信号输出相应的数据帧和控制命令；DSP模块用于接收数据帧和控制命令，并根据数据帧和控制命令输出相应的电能数据；ARM处理器用于接收电能数据，根据电能数据计算错误校验码，并输出电能数据和错误校验码；单核处理模块用于接收来自数字量采样模块的数据帧和控制命令，以及来自ARM处理器的电能数据和错误校验码，并控制电能数据的展示。

在一些实施方式中，数字量采样模块型号为HFBR-2412TZ。

在一些实施方式中，FPGA模块型号为AGL250V5-FGG144I。

在一些实施方式中，DSP模块型号为TMS320C67。

在一些实施方式中，ARM处理器型号为OMAPL138。

在一些实施方式中，单核处理模块采用ARM9。

本实用新型的有益效果为：通过增加FPGA模块、DSP模块以及ARM处理器，FPGA模块为整个系统提供时钟同步信号，DSP模块提高电能数据的采集精度，并且通过增加ARM处理器对接收的电能数据计算错误校验码，然后将计算的错误校验码和电能数据通过错误校验和完善的应答系统发送给单核处理模块，提高了电能计量的分辨率，进一步确保电能计量的准确度。

附图说明

图1为本实用新型实施例公开的基于FT3协议的数字直流电能表的结构原理图；

其中：1-数字量采样模块，2-FPGA模块，3-单核处理模块，4-DSP模块，5-ARM处理器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

参阅图1,本实施例提出了一种基于FT3协议的数字直流电能表，包括数字量采样模块1、FPGA模块2、单核处理模块3以及双核处理器，双核处理器包括DSP模块4以及ARM处理器5；

数字量采样模块1用于采集FT3光数字信号，并根据FT3光数字信号输出相应的数字量信号；上述的数字量采样模块1通过使用曼彻斯特编码采集FT3光数字信号，将FT3光数字信号通过内部的光电转换模块转换为串行的数据，按照物理层的编码规则把数据进行解码，然后把串行数据转化为并行数据输出至协议解析模块，根据设置采样点数、量程、协议格式等参数对数字串进行解析，得到数字量信号。

FPGA模块2用于接收数字量信号，并根据数字量信号输出相应的数据帧和控制命令；上述的FPGA模块2提供整个系统的时钟同步信号，负责电能脉冲的输出，由于FPGA模块2采用了最新高性能FPGA芯片进行时钟控制，提供了丰富的时钟资源，内置数字时钟管理器(DCM)用于提供整个系统的时钟同步信号并有助于时钟信号的操控。数字时钟管理器内含一个延迟锁相环，建立时钟的镜像将时钟信号从FPGA模块2发送到另一个器件后，又收回时钟信号，去除数字时钟管理器输出时钟信号的歪斜，从而避免时钟分配延迟。此外由于数字时钟管理器可以在时钟路径上引入延迟，数据总线上的各个数据位可以在不同的时间到达。为了正确对数据位采样，接收端的时钟信号适当地与所有数据位的到达保持同步，确保了信号的保真度。数字量采样模块1将离散的数字量信号发送到FPGA模块2，FPGA模块2将这些接收到的数字量信号先经过进行预处理，对数字量信号按照FT3协议进行解析，解析为数据帧，当需要发送数字帧的时候，FPGA模块2就会发送一个触发脉冲信号以及当前数据帧和控制命令到DSP模块4。

DSP模块4用于接收数据帧和控制命令，并根据数据帧和控制命令输出相应的电能数据；DSP模块4收到数据帧会首先会根据收到的数据进行CRC校验，确认收到的数据都正确以后，会对数据中的电压电流采样值进行提取。并将其缓存到对应的缓存空间中，同时系统自动记录一组缓存，当系统正确采集到一个完整的波形时，会对其进行有效值和功率的计算，同时FPGA精准计时当前有效值计算对应的数据采样时间是多长，并对其进行电能累积，一组完整的采样值会根据当前互感器的采样率进行匹配，保证每组有效值计算的准确，尤其是在电压电流发生波动和帧离散度不太好的情况下，该方法可以确保能更加准确的计量。DSP模块4根据采样点的不同，可以灵活地对电压电流进行非常精细的处理，提高计量的分辨率，保证电压电流的轻微波动都能准确计量，进一步提升计量的准确度。具体做法是：传统的方案是采用1s计算一次，交流电频率为50Hz，周期为0.02s，在1s内有50个采样周期，每个周期200个采样点，这样在1s内采样10000个点，相当于10000个点进行计算一次，本设计方案中，DSP会根据采样点的不同，进行最小200采样点计算一次，对每次的计算进行电能累计，等同于在1s内，DSP已经进行了50次的电能计量，大大增加了计量的分辨率，在电压和电流发生快速变化时都可以实现精准计量。

ARM处理器5用于接收电能数据，根据电能数据计算错误校验码，并输出电能数据和错误校验码；DSP模块4将计算结果传输给ARM处理器5，由于在DSP模块4电能计算过程中会存在丢包和数据断开等异常情况，因此ARM处理器5会对接收的电能数据计算错误校验码，然后将计算的错误校验码和电能数据通过错误校验和完善的应答系统发送给单核处理模块3，单核处理模块3会对接收的信息进行重新计算错误校验码，然后与接收到的错误校验码进行比较，判断该数据是否为一组正常同步完好的数据，如果错误校验码相等，通过应答系统告诉ARM处理器5该数据正常，如果错误校验码不相等，就意味着发生了错误，通过应答系统告诉ARM处理器5该数据异常，DSP模块4就会启动重发机制，重新发送数据至ARM处理器5，有效的保证数据的完整和计量的准确。

单核处理模块3用于接收来自数字量采样模块1的数据帧和控制命令，以及来自ARM处理器5的电能数据和错误校验码，并控制电能数据的展示。

更优的，数字量采样模块1型号为HFBR-2412TZ。

FPGA模块2型号为AGL250V5-FGG144I。

DSP模块4型号为TMS320C67。

ARM处理器5型号为OMAPL138。

单核处理模块3采用ARM9。

其中，对于本实用新型中各个模块/芯片的实际连接情况，可以从芯片供应商处获取模块/芯片的使用手册、芯片手册，根据手册上的推荐实施例进行焊接/连接；而对于本实用新型的驱动程序，同理也可以根据手册中的时序图来进行驱动程序的编写，因为对于实际的使用情况不一而足，驱动程序应有微调，在此不对驱动程序进行限定。

同样地，对于本实用新型中各个模块/芯片的外围电路省略了说明，对于电源模块等必要组成模块但并非本实用新型发明点的物理结构未在图中示意，但本领域技术人员完全可以根据最小系统原理进行补充。

本实用新型通过增加FPGA模块2、DSP模块4以及ARM处理器5，FPGA模块2为整个系统提供时钟同步信号，DSP模块4提高电能数据的采集精度，并且通过增加ARM处理器5对接收的电能数据计算错误校验码，然后将计算的错误校验码和电能数据通过错误校验和完善的应答系统发送给单核处理模块3，提高了电能计量的分辨率，进一步确保电能计量的准确度。以往一个单核处理器需要完成所有运算以及输出的技术方案不同，上述的芯片方案的计量精度相对更高。

而且，本实用新型所公开的数字直流电能表在电能计量方面，根据采样点的不同，可以灵活地对电压电流进行非常精细的处理，提高计量的分辨率，保证电压电流的轻微波动都能准确计量，进一步提升计量的准确度。数字直流电能表各模块之间协同工作，并建立错误校验和完善的应答系统，使各个模块之间的协同工作误差降到最低，使各个模块之间可以高效稳定运行，进一步确保电能计量的准确度。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，包括数字量采样模块、FPGA模块、单核处理模块以及双核处理器，所述双核处理器包括DSP模块以及ARM处理器；

所述数字量采样模块用于采集FT3光数字信号，并根据所述FT3光数字信号输出相应的数字量信号；

所述FPGA模块用于接收所述数字量信号，并根据所述数字量信号输出相应的数据帧和控制命令；

所述DSP模块用于接收所述数据帧和控制命令，并根据所述数据帧和控制命令输出相应的电能数据；

所述ARM处理器用于接收所述电能数据，根据所述电能数据计算错误校验码，并输出所述电能数据和所述错误校验码；

所述单核处理模块用于接收来自所述数字量采样模块的数据帧和控制命令，以及来自所述ARM处理器的电能数据和错误校验码，并控制所述电能数据的展示。

2.如权利要求1所述的基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，所述数字量采样模块型号为HFBR-2412TZ。

3.如权利要求1所述的基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，所述FPGA模块型号为AGL250V5-FGG144I。

4.如权利要求1所述的基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，所述DSP模块型号为TMS320C67。

5.如权利要求1所述的基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，所述ARM处理器型号为OMAPL138。

6.如权利要求1所述的基于FT3协议的数字直流电能表，其特征在于，所述单核处理模块采用ARM9。

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