采樣通道，在進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí)，在第一個(gè)信號(hào)周期，只可以累積計(jì)算得到一個(gè)正確的有效值；在后續(xù)過(guò)程中，每得到一個(gè)有效采樣點(diǎn)，該有效采樣點(diǎn)即可和前面N-1個(gè)有效采樣點(diǎn)綜合計(jì)算得到I個(gè)正確的有效值；其中，N為每個(gè)信號(hào)周期的有效采樣點(diǎn)數(shù)；而不需要如現(xiàn)有技術(shù)中，每個(gè)獨(dú)立的信號(hào)周期才能計(jì)算得到一個(gè)有效采樣點(diǎn)，從而提高了有效值的計(jì)算數(shù)量，最終提高了有效值的計(jì)算精度，增強(qiáng)了有效值計(jì)算的實(shí)時(shí)性。
[0081]經(jīng)驗(yàn)證，本發(fā)明能夠在沒(méi)有外部SRAM的情況下，根據(jù)輸入的各路正弦波信號(hào)的頻率自適應(yīng)的準(zhǔn)確計(jì)算出有效值，并且，輸入正弦波頻率范圍在0-100HZ，計(jì)算有效值精度在1%以內(nèi)。
[0082]由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的具有自適應(yīng)功能的AD采集板卡及采集方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)預(yù)設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)Zmax，以及，不同信號(hào)頻率的各個(gè)正弦波信號(hào)共用同一個(gè)有效值計(jì)算模塊，從而在保證有效值計(jì)算精度的前提下，有效節(jié)約了數(shù)字信號(hào)處理器的資源，降低了數(shù)字信號(hào)處理器的實(shí)現(xiàn)功能以及成本。(2)本發(fā)明可測(cè)量頻率范圍小至0.001HZ，尤其適用于小頻率正弦波測(cè)量，可以計(jì)算微小頻率有效值；一個(gè)周期以后每個(gè)采樣點(diǎn)輸出一次有效值；不用片外RAM ;計(jì)算精度高；功耗低；節(jié)約FPGA資源，降低硬件成本。
[0083]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自適應(yīng)功能的AD采集板卡，其特征在于，包括多通道AD采樣芯片以及數(shù)字信號(hào)處理器；所述多通道AD采樣芯片與所述數(shù)字信號(hào)處理器連接； 所述多通道AD采樣芯片用于對(duì)正弦波信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣得到的采樣點(diǎn)發(fā)送給所述數(shù)字信號(hào)處理器； 所述數(shù)字信號(hào)處理器用于:根據(jù)所輸入的正弦波信號(hào)的信號(hào)頻率，自適應(yīng)的準(zhǔn)確計(jì)算出采樣間隔；然后，從所述多通道AD采樣芯片所上傳的采樣點(diǎn)中，根據(jù)所述采樣間隔，選取得到若干個(gè)有效采樣點(diǎn)；然后，并行執(zhí)行以下操作:存儲(chǔ)所述有效采樣點(diǎn)；對(duì)一個(gè)信號(hào)周期包含的有效采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到正弦波有效值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)功能的AD采集板卡，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理器為FPGA。
3.一種具有自適應(yīng)功能的AD采集方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，設(shè)AD采樣芯片共有η個(gè)采樣通道，分別記為第I采樣通道、第2采樣通道…第η采樣通道；其中，η為自然數(shù)；數(shù)字信號(hào)處理器具有I個(gè)有效值計(jì)算模塊； S2，當(dāng)有η路正弦波信號(hào)需要被AD采樣并計(jì)算有效值時(shí)，每路正弦波信號(hào)的信號(hào)頻率預(yù)先發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理器；設(shè)η路正弦波信號(hào)依次為:第I路正弦波信號(hào)、第2路正弦波信號(hào)…第η路正弦波信號(hào)；其信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)為其信號(hào)周期對(duì)應(yīng)為ApTfTn; 數(shù)字信號(hào)處理器預(yù)設(shè)定一個(gè)信號(hào)周期所需要有效采樣點(diǎn)數(shù)量的最大值Zmax，以及，數(shù)字信號(hào)處理器預(yù)設(shè)定最小采樣間隔其中，所述最小采樣間隔t ^的設(shè)定原則為:最小采樣間隔t(i =有效值計(jì)算模塊計(jì)算I次有效值所需時(shí)間t y*n+tx;其中，t x為余量時(shí)間； S3，所述數(shù)字信號(hào)處理器自適應(yīng)計(jì)算出各路正弦波信號(hào)的采樣間隔，具體計(jì)算方法均為: 對(duì)于任意的第i路正弦波信號(hào)，其信號(hào)周期為Ti;其中，i = 1、2…η ;采用S3.1-S3.3的方法計(jì)算其采樣間隔:S3.1，令 j = I ； S3.2，判斷IVjtci是否小于等于Zmax，如果判斷結(jié)果為是，則第i路正弦波信號(hào)的采樣間隔h= j*最小采樣間隔t ^，并結(jié)束對(duì)該路正弦波信號(hào)采樣間隔的計(jì)算步驟；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行S3.3;S3.3，令 j = j+1，返回 S3.2 ； 由此計(jì)算得到各路正弦波信號(hào)的采樣間隔，其均為最小采樣間隔h的整數(shù)倍，將η路正弦波信號(hào)的采樣間隔依次記為:采樣間隔h、采樣間隔t2…采樣間隔tn; S4，AD采樣芯片的η個(gè)采樣通道以固定頻率持續(xù)并行對(duì)η路正弦波信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立采樣； S5，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)AD采樣芯片采集得到的η路采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，并計(jì)算有效值，具體方法為: 在η路正弦波信號(hào)的信號(hào)頻率均未發(fā)生變化時(shí)，執(zhí)行以下步驟: 數(shù)字信號(hào)處理器以最小采樣間隔h為循環(huán)觸發(fā)時(shí)鐘； (I)初始時(shí)刻，進(jìn)行第I次循環(huán)處理過(guò)程:即:數(shù)字信號(hào)處理器首先對(duì)第I采樣通道的當(dāng)前采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，得到第1-ι有效采樣點(diǎn)；然后，一方面，將所述第1-1有效采樣點(diǎn)存儲(chǔ)到第I存儲(chǔ)區(qū)域的第I位；另一方面，對(duì)第1-1有效采樣點(diǎn)計(jì)算有效值，將有效值結(jié)果記為Al，并將Al存儲(chǔ)到第2-1存儲(chǔ)區(qū)域； 然后，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)第2采樣通道輸送的當(dāng)前采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，得到第2-1有效采樣點(diǎn)；然后，一方面，將所述第2-1有效采樣點(diǎn)存儲(chǔ)到第2存儲(chǔ)區(qū)域的第I位；另一方面，對(duì)第2-1有效采樣點(diǎn)計(jì)算有效值，將有效值結(jié)果記為A2，并將A2存儲(chǔ)到第2-2存儲(chǔ)區(qū)域； 依此類推，直到數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)第η采樣通道輸送的當(dāng)前采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，得到第2-η有效采樣點(diǎn)；然后，一方面，將所述第2-η有效采樣點(diǎn)存儲(chǔ)到第η存儲(chǔ)區(qū)域的第I位?’另一方面，對(duì)第2-η有效采樣點(diǎn)計(jì)算有效值，將有效值結(jié)果記為An，并將An存儲(chǔ)到第2_n存儲(chǔ)區(qū)域； 上述總過(guò)程所需時(shí)間小于但接近最小采樣間隔 (2)從所述初始時(shí)刻開(kāi)始，當(dāng)經(jīng)過(guò)最小采樣間隔h后，進(jìn)行第2次循環(huán)處理過(guò)程:即:數(shù)字信號(hào)處理器返回到第I采樣通道，判斷從前一次對(duì)第I采樣通道輸送的采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣的時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻所經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔是否達(dá)到采樣間隔t1;如果達(dá)到，則對(duì)第I采樣通道輸送的當(dāng)前采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，得到第1-2有效采樣點(diǎn)；然后，一方面，將所述第1-2有效采樣點(diǎn)存儲(chǔ)到第I存儲(chǔ)區(qū)域的第2位；另一方面，對(duì)第1-2有效采樣點(diǎn)計(jì)算有效值，其計(jì)算方法為:第1-2有效采樣點(diǎn)的值與Al進(jìn)行累積計(jì)算，得到的有效值結(jié)果記為A2，并用A2更新Al ;如果未達(dá)到，則對(duì)第I采樣通道輸送的當(dāng)前采樣點(diǎn)不進(jìn)行任何處理； 然后，采用同樣的處理方法，數(shù)字信號(hào)處理器依次對(duì)第2采樣通道至第η采樣通道進(jìn)行處理； (3)從所述初始時(shí)刻開(kāi)始，當(dāng)經(jīng)過(guò)2倍的最小采樣間隔h后，進(jìn)行第3次循環(huán)處理過(guò)程；如此不斷循環(huán)，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)η個(gè)采樣通道輸送的采樣點(diǎn)，按各自對(duì)應(yīng)的采樣間隔，不斷進(jìn)行取樣并計(jì)算有效值； 其中，對(duì)于任意一個(gè)第i采樣通道，其信號(hào)周期為凡，采樣間隔為則一個(gè)信號(hào)周期共包括有M =個(gè)有效采樣點(diǎn)，依次記為:&、(V..Cm;對(duì)第i采樣通道有效值計(jì)算過(guò)程具體為: SlO:當(dāng)?shù)玫降贗個(gè)有效采樣點(diǎn)(^時(shí)，計(jì)算得到有效值A(chǔ)l ;其中，有效值A(chǔ)l只為中間值； 當(dāng)?shù)玫降?個(gè)有效采樣點(diǎn)(:2時(shí)，將有效采樣點(diǎn)(:2和有效值A(chǔ)l進(jìn)行累積計(jì)算，得到有效值A(chǔ)2 ;有效值A(chǔ)2只為中間值； 依此類推，當(dāng)?shù)玫降谝粋€(gè)周期的最后一個(gè)有效采樣點(diǎn)Cm時(shí)，并與Aη進(jìn)行累積計(jì)算，得到有效值A(chǔ)m;此處，有效值A(chǔ) ?不再是中間值，存儲(chǔ)A M; S20，當(dāng)經(jīng)過(guò)第一個(gè)信號(hào)周期后，當(dāng)后續(xù)得到第M+1個(gè)有效采樣點(diǎn)(^+1后，此時(shí)，通過(guò)(V..CM、Cm+1S M個(gè)有效采樣點(diǎn)的值計(jì)算有效值A(chǔ) M+1;此處，有效值A(chǔ) M+1不再是中間值，存儲(chǔ)A.λΜ+1， 當(dāng)后續(xù)得到第Μ+2個(gè)有效采樣點(diǎn)‘后，此時(shí)，通過(guò)C 3...CM+1、‘這M個(gè)有效采樣點(diǎn)的值計(jì)算有效值A(chǔ)M+2;此處，有效值A(chǔ) M+2不再是中間值，存儲(chǔ)A M+2; 依此類推，只要第i采樣通道的信號(hào)頻率不發(fā)生變化時(shí)，不斷計(jì)算并得到有效值，最終得到多個(gè)有效值； S30，在任意時(shí)刻，當(dāng)?shù)趇采樣通道的信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，采樣間隔自適應(yīng)變化，將信號(hào)頻率發(fā)生變化后的第I個(gè)有效采樣點(diǎn)記為C1，然后，返回S10，循環(huán)S10-S20。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有自適應(yīng)功能的AD采集板卡及采集方法，采集板卡包括多通道AD采樣芯片以及數(shù)字信號(hào)處理器；數(shù)字信號(hào)處理器用于：根據(jù)所輸入的正弦波信號(hào)的信號(hào)頻率，自適應(yīng)的準(zhǔn)確計(jì)算出采樣間隔；然后，從多通道AD采樣芯片所上傳的采樣點(diǎn)中，根據(jù)采樣間隔，選取得到若干個(gè)有效采樣點(diǎn)；然后，并行執(zhí)行以下操作：存儲(chǔ)有效采樣點(diǎn)；對(duì)一個(gè)信號(hào)周期包含的有效采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到正弦波有效值。本發(fā)明預(yù)設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)Zmax，以及，不同信號(hào)頻率的各個(gè)正弦波信號(hào)共用同一個(gè)有效值計(jì)算模塊，從而在保證有效值計(jì)算精度的前提下，有效節(jié)約了數(shù)字信號(hào)處理器的資源，降低了數(shù)字信號(hào)處理器的實(shí)現(xiàn)功能、成本以及FPGA功耗。
【IPC分類】G01R19-25, G01R31-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104808086
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510213815
【發(fā)明人】于東陽(yáng), 任成林, 蔡永梁, 王東, 張海濤
【申請(qǐng)人】北京榮信慧科科技有限公司, 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日