本發(fā)明涉及電信號(hào)采集領(lǐng)域，具體涉及一種高精度同步采集裝置。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)采集是信號(hào)處理過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在電能計(jì)量裝置的在線監(jiān)測(cè)、在線檢驗(yàn)、用電信息采集等領(lǐng)域，由于應(yīng)用范圍擴(kuò)大，采集信息量多，人們對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置的精度提出了更高的要求。

傳統(tǒng)對(duì)電信號(hào)的采集方法主要是通過普通互感器對(duì)電壓電流信號(hào)進(jìn)行采集或者通過電阻分壓采集，其采集精度一般較差。同時(shí)，由于同步信號(hào)的缺失，導(dǎo)致多個(gè)獨(dú)立的采集裝置采集到的數(shù)據(jù)存在較大的誤差，對(duì)電能計(jì)量裝置的在線監(jiān)測(cè)、在線檢驗(yàn)系統(tǒng)來說，普通的數(shù)據(jù)采集裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)精度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高精度同步采集裝置，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，解決了信號(hào)同步問題，大大提高了采集信號(hào)的準(zhǔn)確度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述一種高精度同步采集裝置，包括：

電壓互感器和電流互感器，分別用于對(duì)接入電表前的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣；

換檔控制以及信號(hào)調(diào)理模塊，用于對(duì)電壓互感器和電流互感器采樣完的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增益控制、濾波和放大；

A/D芯片，用于接收換檔控制以及信號(hào)調(diào)理模塊處理后的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號(hào)傳送至FPGA進(jìn)行處理；

FPGA，用于接收A/D芯片傳送的數(shù)字信號(hào)、電能表脈沖信號(hào)以及通過RS485接口抄讀的電能表內(nèi)部信息，將接收到的信號(hào)及信息賦以時(shí)標(biāo)信息，F(xiàn)PGA還用于接收時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)、與ARM進(jìn)行通信和與數(shù)據(jù)集中裝置進(jìn)行通信；所述FPGA將處理后的數(shù)據(jù)傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀形式，然后返回給FPGA，F(xiàn)PGA將ARM封裝完成的數(shù)據(jù)包傳送至數(shù)據(jù)集中裝置；

所述數(shù)據(jù)集中裝置用于與后臺(tái)服務(wù)器通信，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。

還包括用于緩存FPGA接收到采集數(shù)據(jù)和信息的DDR3。

還包括為采集裝置中所有模塊提供其所需電源的電源模塊，電源模塊直接與AC220V的外部電源連接。

所述FPGA通過光交換機(jī)將ARM封裝完成的數(shù)據(jù)包傳送至數(shù)據(jù)集中裝置。

還包括用于FPGA守時(shí)且與FPGA相連的恒溫晶振。

所述FPGA通過光交換機(jī)與IEEE1588時(shí)間基準(zhǔn)通信接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果，本發(fā)明采集的信號(hào)帶有時(shí)標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的同步高精度采集，通過使用電壓、電流互感器，確保了裝置的采樣精度，同時(shí)保證了強(qiáng)電和弱電完全分開，大大減少外部電磁干擾，提高了裝置的可靠性和安全性；而且這些信息不僅可以在前臺(tái)實(shí)時(shí)應(yīng)用，也可以壓縮打包發(fā)送給后臺(tái)進(jìn)行各種應(yīng)用和分析。

進(jìn)一步的，還包括用于FPGA守時(shí)且與FPGA相連的恒溫晶振，用于FPGA的守時(shí)控制，提高采集裝置的守時(shí)能力，使其不受外界溫度的影響，保證整個(gè)采集裝置的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述FPGA通過光交換機(jī)與IEEE1588時(shí)間基準(zhǔn)通信接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，保證了采集裝置的同步高精度采集和高效傳輸，組網(wǎng)方便精度高，能有效節(jié)省布線成本，能支持多個(gè)對(duì)時(shí)終端同時(shí)對(duì)時(shí)。

進(jìn)一步的，還包括用于緩存FPGA接收到采集數(shù)據(jù)和信息的DDR3，用于緩存FPGA接收到的采集數(shù)據(jù)和信息；確保FPGA未能及時(shí)處理的原始采集數(shù)據(jù)不丟失。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1，一種高精度同步采集裝置，包括為采集裝置中所有模塊提供其所需電源的電源模塊，電源模塊直接與電壓為AC220V的外部電源連接，用于對(duì)接入電表前的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣的電壓互感器和電流互感器，用于對(duì)電壓互感器和電流互感器采樣完的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增益控制、濾波和放大的換檔控制以及信號(hào)調(diào)理模塊；還包括A/D芯片，其用于接收換檔控制以及信號(hào)調(diào)理模塊處理后的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號(hào)傳送至FPGA進(jìn)行處理；FPGA用于接收A/D芯片傳送的數(shù)字信號(hào)、電能表脈沖信號(hào)以及通過RS485接口抄讀的電能表內(nèi)部信息，將接收到的信號(hào)及信息賦以時(shí)標(biāo)信息，F(xiàn)PGA還用于接收時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)、與ARM進(jìn)行通信和與數(shù)據(jù)集中裝置進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA還連接有用于緩存FPGA接收到采集數(shù)據(jù)和信息的DDR3和用于FPGA守時(shí)的恒溫晶振，F(xiàn)PGA通過光交換機(jī)與IEEE1588時(shí)間基準(zhǔn)通信接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；所述FPGA將處理后的數(shù)據(jù)傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀形式，然后返回給FPGA，F(xiàn)PGA通過光交換機(jī)將ARM封裝完成的數(shù)據(jù)包傳送至數(shù)據(jù)集中裝置；所述數(shù)據(jù)集中裝置用于與后臺(tái)服務(wù)器通信，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。

本發(fā)明工作原理如下：

如圖1所示，本發(fā)明主要用來采集接入電能表前的電壓和電流信號(hào)、電能表脈沖信號(hào)以及通過RS485接口抄讀電能表內(nèi)部信息；其中，接入電能表前的電壓信號(hào)經(jīng)過電壓互感器進(jìn)行采樣，接入電表前的電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器進(jìn)行采樣，電壓互感器和電流互感器將采樣完的信號(hào)先送至信號(hào)換檔控制以及信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行自動(dòng)增益控制、濾波和放大，然后再送給A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/D芯片轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號(hào)再送至FPGA進(jìn)行處理；

電能表通過RS485接口連接到采集裝置的FPGA，F(xiàn)PGA通過監(jiān)聽的方式抄讀電能表內(nèi)部信息；電能表的脈沖信號(hào)通過脈沖接口連接到采集裝置的FPGA，脈沖信號(hào)包括有功脈沖信號(hào)和無功脈沖信號(hào)；

與FPGA相連的還有恒溫晶振、ARM和DDR3，恒溫晶振主要用來提供守時(shí)時(shí)鐘，使其不受外界溫度的影響，保證整個(gè)采集裝置的穩(wěn)定性，ARM主要用來讀取FPGA處理完成的數(shù)據(jù)，并這些數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀形式，然后返回給FPGA；DDR3主要用來緩存FPGA接收到的采集數(shù)據(jù)和信息；確保FPGA未能及時(shí)處理的原始采集數(shù)據(jù)不丟失；

本發(fā)明通過外部電源供電，供電電壓為AC220V，外部電源直接與數(shù)據(jù)采集裝置中的開關(guān)電源模塊相連，開關(guān)電源模塊為整個(gè)采集裝置各個(gè)模塊提供其所需的電源。

本發(fā)明可以準(zhǔn)確捕獲電表的脈沖信號(hào)，同時(shí)還以1-100KHz速率采集電流、電壓信息，并將帶時(shí)標(biāo)信息的數(shù)據(jù)同傳送至數(shù)據(jù)集中裝置，通過計(jì)算獲得采集點(diǎn)的電壓、電流、頻率、相位、功率等信息。本裝置采用一體化模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用互感器采樣確保強(qiáng)弱電完全分開，可大大減少外部電磁干擾，提高可靠性和安全性。采用多層PCB，使得電源、地、強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào)隔離，提高設(shè)備的抗干擾能力。

同時(shí)，高度集成化，體積小，重量輕，而且安裝非常簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用在各種空間比較狹小的電表屏柜。