双沿过零信号采集及数字滤波电路、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双沿过零信号采集及数字滤波电路、方法及装置，属于信号检测技术领域。所述电路包括：正沿过零检测电路、负沿过零检测电路、数字滤波和补偿逻辑电路、过零触发和计数时标锁存电路以及微处理器。该装置能够精确测量过零点，并减少处理器处理压力。正沿过零检测电路和负沿过零检测电路能够采集对应的正沿和负沿的电平逻辑信号，同时数字滤波和补偿逻辑电路能够对采集信号的毛刺、脉冲等进行滤波处理，并通过过零触发和计数时标锁存电路锁存过零信号事件、时间标记和补偿时间值，先锁存过零时间，后通过中断响应读取的策略，消除了过零中断的软件响应延时的影响，达到精确过零点计数的目的，同时减少了IO占用。

【技术实现步骤摘要】
双沿过零信号采集及数字滤波电路、方法及装置
本专利技术涉及信号检测
，具体地涉及一种双沿过零信号采集及数字滤波电路、一种双沿过零信号采集及数字滤波方法以及一种双沿过零信号采集及数字滤波装置。
技术介绍
目前现场电力台区供电是由配电网10kV/6kV变压而来，当负荷电流经过输电、变电和配电等环节，必然在这些环节的阻抗上产生电压降落和电压损耗。如果负荷和传输线是理想纯阻性，各台区的同相负荷电压相位是一致的，应都与10kV变压后基准交流电波形一致。但由于配电网结构复杂，负载分布不均匀，各电力台区各相低压电力线上负载数量和负载种类差异较大且是实时变化的，负载和传输线并不是理想纯阻性，所以同电力台区的三相交流市电各相之间不再完全满足120度交替变化的规律，而会存在相位偏移现象，偏移量一般大于150us。目前的用电信息采集系统中，为实现居民用户的管理和供电负荷平衡调节，需要对居民用户电表所在的相线、台区进行识别。利用不同台区具有相位偏移的特征，可以进行台区识别，一般要求过零采集精度保持在15us以内。传统的过零采集方法一般采用光耦进行隔离，由于光耦导通和截止过程中的传输特性差异，只能准确检测一个沿，不能对双沿进行检测，文献CN105675968A提出一种高精度三相交流信号正负过零检测装置及方法，采用两个光耦分别检测上升沿和下降沿，每个过零信号需要3个IO输入CPU进行处理，CPU处理负担较重，同时使得主控芯片引脚分配紧张。此外，现有的方法一般通过主控芯片外部中断或者门控计数器进行过零时刻的计数，电平跳变触发主控芯片中断，通过软件计算过零时间。主控芯片响应中断存在不确定的延时，影响计数误差，当电路中存在脉冲噪声、抖动和毛刺时，容易产生错误的过零点触发，导致相位识别错误。如图1所示，除了正确的过零点信号外，脉冲噪声也会导致中断限号不断地被触发。此外由于存在着过零中断的软件响应延时，从过零信号电平跳变到软件读取到该信号之间有一定延迟，这就造成了计算误差。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的是提供一种双沿过零信号采集及数字滤波电路、方法及装置，能够分别对A、B、C三相交流电的正负沿进行精确采集，通过数字滤波和补偿逻辑电路，对采集信号的毛刺、脉冲等进行滤波处理，通过过零触发和计数时标锁存电路，将六路过零信号转换为三路，每一路信号通过上升沿和下降沿来区分正负过零；并锁存过零信号事件、时间标记和补偿时间值，先锁存过零时间，后通过中断响应读取的策略，消除了过零中断的软件响应延时的影响，达到精确过零点计数的目的，同时减少了IO占用。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种双沿过零信号采集及数字滤波电路，所述电路包括：正沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的正沿TTL电平逻辑信号；负沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的负沿TTL电平逻辑信号；数字滤波和补偿逻辑电路，与所述正沿过零检测电路或所述负沿过零检测电路连接，用于对检测的所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，滤除采样信号中的毛刺信号和脉冲干扰信号，得到补偿时间值和正沿信号或负沿信号；过零触发和计数时标锁存电路，与所述数字滤波和补偿逻辑电路连接，用于将同一相的所述正沿信号和所述负沿信号进行锁存变换，得到与正沿、负沿对应的中断信号，并锁存过零信号事件、时间标记和所述补偿时间值；以及微处理器，与所述过零触发和计数时标锁存电路连接，用于读取所述过零信号事件、所述时间标记和所述补偿时间值，计算过零点NTB。可选的，所述电路还包括：时钟计数同步电路，用于为过零触发和计数时标锁存电路提供与时钟源一致的计数值。时钟计数同步电路维持一个精确的计数器，有利于保障过零触发和计数时标锁存电路的计数与时钟源保持一致。可选的，所述正沿过零检测电路和所述负沿过零检测电路均包括储能电路、开关电路、光耦隔离电路和电平整形电路；所述储能电路的第一端与对应的光耦隔离电路的第二端连接，第二端与对应的开关电路的第二端连接；所述光耦隔离电路的第一端与对应的开关电路的第一端连接；所述储能电路在未过零之前进行储能，其对应的开关电路在过零点打开，使得所述储能电路驱动对应的光耦隔离电路工作；所述光耦隔离电路的第三端和第四端分别与对应的电平整形电路连接，所述电平整形电路对光耦输出的电平信号进行整形，输出TTL电平逻辑信号。采用储能电路为光耦隔离电路供电，无需交流电直接分压后驱动光耦工作，因此消耗的交流功耗更低，适合大面积推广应用。进一步地，所述正沿过零检测电路和所述负沿过零检测电路均为三路。A、B、C三相电中的每一项相电设置一路正沿过零检测电路和一路负沿过零检测电路，可以对单个上升沿或下降沿精准检测，实现方法精度更高。可选的，所述数字滤波和补偿逻辑电路包括：逻辑采样电路，与所述正沿过零检测电路或所述负沿过零检测电路连接，用于对所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，得到TTL逻辑电平采样序列TTL1；01计数滤波模块，与所述逻辑采样电路连接，用于对所述TTL逻辑电平采样序列TTL1进行长度为LN的滑动计数，滤除长度小于LN的非正常跳变毛刺信号，得到逻辑电平信号TTL2；数字过零沿检测模块，与所述01计数滤波模块连接，用于对所述逻辑电平信号TTL2进行过零沿检测，滤除脉冲干扰得到逻辑电平信号TTL3；以及延时补偿模块，与所述01计数滤波模块和所述数字过零沿检测模块连接，用于对所述01计数滤波模块和所述数字过零沿检测模块处理过程中产生的延时进行补偿，得到所述补偿时间值。采用模拟电路滤波和数字去抖的方法消除抖动毛刺、脉冲等干扰信号对过零信号检测的影响，进一步保障过零点测量的精确性。可选的，所述过零触发和计数时标锁存电路包括：触发器，与所述数字滤波和补偿逻辑电路连接，用于将所述正沿信号和所述负沿信号进行锁存变换，得到与正沿、负沿对应的中断信号；计数时标锁存电路，与所述触发器连接，用于根据所述中断信号锁存过零信号产生事件、时间标记和所述补偿时间值。通过触发器将六路电平信号转换为3路电平信号，并进行锁存，处理器处理时仅需要通过一路IO口读取锁存器中的数据进行精确过零点计算。本专利技术第二方面提供一种双沿过零信号采集及数字滤波方法，所述方法包括：由正沿过零检测电路检测三相交流电各相的正沿TTL电平逻辑信号；由负沿过零检测电路检测三相交流电各相的负沿TTL电平逻辑信号；由数字滤波和补偿逻辑电路对检测的所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，滤除采样信号中的毛刺信号和脉冲干扰信号，得到补偿时间值和正沿信号或负沿信号；由过零触发和计数时标锁存电路将同一相的所述正沿信号和所述负沿信号进行锁存变换，得到与正沿、负沿对应的中断信号，并锁存过零信号事件、时间标记和所述补偿时间值；由微处理器读取所述过零信号事件、所述时间标记和所述补偿时间值，计算过零点NTB。可选的，所述数字滤波和补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述电路包括：/n正沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的正沿TTL电平逻辑信号；/n负沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的负沿TTL电平逻辑信号；/n数字滤波和补偿逻辑电路，与所述正沿过零检测电路或所述负沿过零检测电路连接，用于对检测的所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，滤除采样信号中的毛刺信号和脉冲干扰信号，得到补偿时间值和正沿信号或负沿信号；/n过零触发和计数时标锁存电路，与所述数字滤波和补偿逻辑电路连接，用于将同一相的所述正沿信号和所述负沿信号进行锁存变换，得到与正沿、负沿对应的中断信号，并锁存过零信号事件、时间标记和所述补偿时间值；以及/n微处理器，与所述过零触发和计数时标锁存电路连接，用于读取所述过零信号事件、所述时间标记和所述补偿时间值，计算过零点NTB。/n

【技术特征摘要】
1.一种双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述电路包括：
正沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的正沿TTL电平逻辑信号；
负沿过零检测电路，用于检测三相交流电各相的负沿TTL电平逻辑信号；
数字滤波和补偿逻辑电路，与所述正沿过零检测电路或所述负沿过零检测电路连接，用于对检测的所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，滤除采样信号中的毛刺信号和脉冲干扰信号，得到补偿时间值和正沿信号或负沿信号；
过零触发和计数时标锁存电路，与所述数字滤波和补偿逻辑电路连接，用于将同一相的所述正沿信号和所述负沿信号进行锁存变换，得到与正沿、负沿对应的中断信号，并锁存过零信号事件、时间标记和所述补偿时间值；以及
微处理器，与所述过零触发和计数时标锁存电路连接，用于读取所述过零信号事件、所述时间标记和所述补偿时间值，计算过零点NTB。


2.根据权利要求1所述的双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述电路还包括：
时钟计数同步电路，用于为过零触发和计数时标锁存电路提供与时钟源一致的计数值。


3.根据权利要求1所述的双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述正沿过零检测电路和所述负沿过零检测电路均包括储能电路、开关电路、光耦隔离电路和电平整形电路；所述储能电路的第一端与对应的光耦隔离电路的第二端连接，第二端与对应的开关电路的第二端连接；所述光耦隔离电路的第一端与对应的开关电路的第一端连接；所述储能电路在未过零之前进行储能，其对应的开关电路在过零点打开，使得所述储能电路驱动对应的光耦隔离电路工作；所述光耦隔离电路的第三端和第四端分别与对应的电平整形电路连接，所述电平整形电路对光耦输出的电平信号进行整形，输出TTL电平逻辑信号。


4.根据权利要求3所述的双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述正沿过零检测电路和所述负沿过零检测电路均为三路。


5.根据权利要求1所述的双沿过零信号采集及数字滤波电路，其特征在于，所述数字滤波和补偿逻辑电路包括：
逻辑采样电路，与所述正沿过零检测电路或所述负沿过零检测电路连接，用于对所述正沿TTL电平逻辑信号或所述负沿TTL电平逻辑信号进行采样，得到TTL逻辑电平采样序列TTL1；
01计数滤波模块，与所述逻辑采样电路连接，用于对所述TTL逻辑电平采样序列TTL1进行长度为LN的滑动计数，滤除长度小于LN的非正常跳变毛刺信号，得到逻辑电平信号TTL2；
数字过零沿检测模块，与所述01计数滤波模块连接，用于对所述逻辑电平信号TTL2进行过零沿检测，滤除脉冲干扰得到逻辑电平信号TTL3；以及
延时补偿模块，与所述01计数滤波模块和所述数字过零沿检测模块连接，用于对所述01计数滤波模块和所述数字过零沿检测模块处理过程中产生的延时进行补偿，得到所述补偿时间值。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤辉，陈奎熹，唐晓柯，李铮，肖德勇，郝伟琦，郜其鑫，
申请(专利权)人：北京智芯微电子科技有限公司，国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11