一種高精度同步采集裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種高精度同步采集裝置，包括電壓互感器，用于對接入電表前的電壓信號進行采樣；電流互感器，用于對接入電表前的電流信號進行采樣；換檔控制以及信號調理模塊，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行自動增益控制、濾波和放大；A/D芯片，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行模數轉換，并將轉換完的數字信號傳送至FPGA進行處理；本實用新型專利技術采集的信號帶有時標信息，實現了電信號的同步高精度采集，通過使用電壓、電流互感器，確保了裝置的采樣精度，同時保證了強電和弱電完全分開，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實時應用，也可以壓縮打包發送給后臺進行各種應用和分析。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電信號采集領域，具體涉及一種高精度同步采集裝置。
技術介紹
數據采集是信號處理過程中的一個重要環節，隨著電子技術的飛速發展，在電能計量裝置的在線監測、在線檢驗、用電信息采集等領域，由于應用范圍擴大，采集信息量多，人們對數據采集裝置的精度提出了更高的要求。傳統對電信號的采集方法主要是通過普通互感器對電壓電流信號進行采集或者通過電阻分壓采集，其采集精度一般較差。同時，由于同步信號的缺失，導致多個獨立的采集裝置采集到的數據存在較大的誤差，對電能計量裝置的在線監測、在線檢驗系統來說，普通的數據采集裝置遠遠不能滿足系統精度的要求。
技術實現思路
為了解決上述問題，本技術提供了一種高精度同步采集裝置，本技術設計合理，解決了信號同步問題，大大提高了采集信號的準確度。為達到上述目的，本技術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，分別用于對接入電表前的電壓信號和電流信號進行采樣；換檔控制以及信號調理模塊，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行自動增益控制、濾波和放大；A/D芯片，用于接收換檔控制以及信號調理模塊處理后的信號，并對其進行模數轉換，將轉換完的數字信號傳送至FPGA進行處理；FPGA，用于接收A/D芯片傳送的數字信號、電能表脈沖信號以及通過RS485接口抄讀的電能表內部信息，將接收到的信號及信息賦以時標信息，FPGA還用于接收時間基準信號、與ARM進行通信和與數據集中裝置進行通信；所述FPGA將處理后的數據傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數據封裝成以太網幀形式，然后返回給FPGA，FPGA將ARM封裝完成的數據包傳送至數據集中裝置；所述數據集中裝置用于與后臺服務器通信，將采集到的數據發送至后臺服務器。還包括用于緩存FPGA接收到采集數據和信息的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通過光交換機將ARM封裝完成的數據包傳送至數據集中裝置。還包括用于FPGA守時且與FPGA相連的恒溫晶振。所述FPGA通過光交換機與IEEE1588時間基準通信接收外部時間基準信號。與現有技術相比，本技術至少具有以下有益的技術效果，本技術采集的信號帶有時標信息，實現了電信號的同步高精度采集，通過使用電壓、電流互感器，確保了裝置的采樣精度，同時保證了強電和弱電完全分開，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實時應用，也可以壓縮打包發送給后臺進行各種應用和分析。進一步的，還包括用于FPGA守時且與FPGA相連的恒溫晶振，用于FPGA的守時控制，提高采集裝置的守時能力，使其不受外界溫度的影響，保證整個采集裝置的穩定性。進一步的，所述FPGA通過光交換機與IEEE1588時間基準通信接收外部時間基準信號，保證了采集裝置的同步高精度采集和高效傳輸，組網方便精度高，能有效節省布線成本，能支持多個對時終端同時對時。進一步的，還包括用于緩存FPGA接收到采集數據和信息的DDR3，用于緩存FPGA接收到的采集數據和信息；確保FPGA未能及時處理的原始采集數據不丟失。附圖說明圖1為本技術結構框圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本技術進行詳細說明。參照圖1，一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，用于對接入電表前的電壓信號和電流信號進行采樣的電壓互感器和電流互感器，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行自動增益控制、濾波和放大的換檔控制以及信號調理模塊；還包括A/D芯片，其用于接收換檔控制以及信號調理模塊處理后的信號，并對其進行模數轉換，將轉換完的數字信號傳送至FPGA進行處理；FPGA用于接收A/D芯片傳送的數字信號、電能表脈沖信號以及通過RS485接口抄讀的電能表內部信息，將接收到的信號及信息賦以時標信息，FPGA還用于接收時間基準信號、與ARM進行通信和與數據集中裝置進行通信，FPGA還連接有用于緩存FPGA接收到采集數據和信息的DDR3和用于FPGA守時的恒溫晶振，FPGA通過光交換機與IEEE1588時間基準通信接收外部時間基準信號；所述FPGA將處理后的數據傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數據封裝成以太網幀形式，然后返回給FPGA，FPGA通過光交換機將ARM封裝完成的數據包傳送至數據集中裝置；所述數據集中裝置用于與后臺服務器通信，將采集到的數據發送至后臺服務器。本技術工作原理如下：如圖1所示，本技術主要用來采集接入電能表前的電壓和電流信號、電能表脈沖信號以及通過RS485接口抄讀電能表內部信息；其中，接入電能表前的電壓信號經過電壓互感器進行采樣，接入電表前的電流信號經過電流互感器進行采樣，電壓互感器和電流互感器將采樣完的信號先送至信號換檔控制以及信號調理模塊進行自動增益控制、濾波和放大，然后再送給A/D芯片進行模數轉換，A/D芯片轉換完的數字信號再送至FPGA進行處理；電能表通過RS485接口連接到采集裝置的FPGA，FPGA通過監聽的方式抄讀電能表內部信息；電能表的脈沖信號通過脈沖接口連接到采集裝置的FPGA，脈沖信號包括有功脈沖信號和無功脈沖信號；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時鐘，使其不受外界溫度的影響，保證整個采集裝置的穩定性，ARM主要用來讀取FPGA處理完成的數據，并這些數據封裝成以太網幀形式，然后返回給FPGA；DDR3主要用來緩存FPGA接收到的采集數據和信息；確保FPGA未能及時處理的原始采集數據不丟失；本技術通過外部電源供電，供電電壓為AC220V，外部電源直接與數據采集裝置中的開關電源模塊相連，開關電源模塊為整個采集裝置各個模塊提供其所需的電源。本技術可以準確捕獲電表的脈沖信號，同時還以1-100KHz速率采集電流、電壓信息，并將帶時標信息的數據同傳送至數據集中裝置，通過計算獲得采集點的電壓、電流、頻率、相位、功率等信息。本裝置采用一體化模塊式結構設計，采用互感器采樣確保強弱電完全分開，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、強信號和弱信號隔離，提高設備的抗干擾能力。同時，高度集成化，體積小，重量輕，而且安裝非常簡單，可以應用在各種空間比較狹小的電表屏柜。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高精度同步采集裝置，其特征在于，包括：電壓互感器和電流互感器，分別用于對接入電表前的電壓信號和電流信號進行采樣；換檔控制以及信號調理模塊，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行自動增益控制、濾波和放大；A/D芯片，用于接收換檔控制以及信號調理模塊處理后的信號，并對其進行模數轉換，將轉換完的數字信號傳送至FPGA進行處理；FPGA，用于接收A/D芯片傳送的數字信號、電能表脈沖信號以及通過RS485接口抄讀的電能表內部信息，將接收到的信號及信息賦以時標信息，FPGA還用于接收時間基準信號、與ARM進行通信和與數據集中裝置進行通信；所述FPGA將處理后的數據傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數據封裝成以太網幀形式，然后返回給FPGA，FPGA將ARM封裝完成的數據包傳送至數據集中裝置；所述數據集中裝置用于與后臺服務器通信，將采集到的數據發送至后臺服務器。

【技術特征摘要】
1.一種高精度同步采集裝置，其特征在于，包括：電壓互感器和電流互感器，分別用于對接入電表前的電壓信號和電流信號進行采樣；換檔控制以及信號調理模塊，用于對電壓互感器和電流互感器采樣完的信號進行自動增益控制、濾波和放大；A/D芯片，用于接收換檔控制以及信號調理模塊處理后的信號，并對其進行模數轉換，將轉換完的數字信號傳送至FPGA進行處理；FPGA，用于接收A/D芯片傳送的數字信號、電能表脈沖信號以及通過RS485接口抄讀的電能表內部信息，將接收到的信號及信息賦以時標信息，FPGA還用于接收時間基準信號、與ARM進行通信和與數據集中裝置進行通信；所述FPGA將處理后的數據傳送至ARM，ARM將FPGA處理完成后的數據封裝成以太網幀形式，然后返回給FPGA，FPGA將ARM封裝完成的數據包傳送至數據集中裝置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳琨，袁麓，惠永智，張波，王江濤，全志強，
申請(專利權)人：千江上海信息科技有限公司，
類型：新型
國別省市：上海;31