一种低功耗雷电流波形采集电路及方法技术

一种低功耗雷电流波形采集电路，属于雷电防护技术领域，包括防护电路、积分电路、信号调理电路、触发电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、电源转换电路，所述防护电路分别与雷电流信号传感器罗氏线圈和积分电路电性连接，积分电路分别与信号调理电路和触发电路电性连接；信号调理电路和触发电路与微处理器电路电性连接；存储电路与微处理器电路电性连接；通信电路与微处理器电路电性连接；电源转换电路与积分电路、信号调理电路、触发电路、微处理器电路、存储电路、通信电路电性连接。本发明专利技术通过STM32L471低功耗处理器和其他低功耗集成电路组成的低功耗功能电路实现雷电流波形的采集、存储、传输。传输。传输。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗雷电流波形采集电路及方法


[0001]本专利技术属于雷电防护
，尤其涉及一种低功耗雷电流波形采集电路及方法。

技术介绍

[0002]雷电流波形是研究雷电活动规律、防雷电路设计和防雷工程改造必须考虑的关键数据，如雷击触发时间、雷电流峰值、雷电流波头时间以及半波长时间。保证防雷决策有效科学的前提是决策所针对的雷电流波形数据是完整的，而目前雷电流采集设备为节省硬件资源而只针对雷电流峰值进行分析采集，这不利于技术人员对雷电信号进行科学的分析，同时安装于室外严酷环境的雷电采集设备往往使用蓄电池进行供电，而全波形采集的设备往往需要更大的电能消耗，这同样不利于对雷电的采集。
[0003]因此掌握完整雷电流波形能够为防雷电路和防雷工程的设计、评估提供理论技术支持，并为雷害事故的分析、处理、责任判定提供数据支持。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提出一种低功耗雷电流波形采集电路及方法，通过STM32L471低功耗处理器和其他低功耗集成电路组成的低功耗功能电路实现雷电流波形的采集、存储、传输，以弥补
技术介绍
中提到的问题。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种低功耗雷电流波形采集电路，包括防护电路、积分电路、信号调理电路、触发电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、电源转换电路，所述防护电路分别与雷电流信号传感器罗氏线圈和积分电路电性连接，积分电路分别与信号调理电路和触发电路电性连接；信号调理电路和触发电路与微处理器电路电性连接；存储电路与微处理器电路电性连接；通信电路与微处理器电路电性连接；电源转换电路与积分电路、信号调理电路、触发电路、微处理器电路、存储电路、通信电路电性连接。
[0006]进一步地，所述防护电路由气体放电管和压敏电阻串联组成，对超过设计量程的输入信号削波处理。
[0007]进一步地，所述积分电路由运算放大器构成，所述积分电路将罗氏线圈输出的信号积分，对雷电流信号波形进行还原。
[0008]进一步地，所述信号调理电路由分压电路、电压跟随电路、幅值平移电路组成，所述电压跟随电路对分压电路与幅值平移电路隔离，所述幅值平移电路对雷电信号的幅值平移，满足微处理器电路的信号输入范围。
[0009]进一步地，所述触发电路由触发电平调理电路、电压跟随电路、带通滤波电路、比较器电路组成，对输入信号隔离、滤波、判断；所述触发电平调理电路从微处理器电路获取正直流电压信号，将正直流电压信号调整为正负直流电压信号输出至比较器电路，作为雷电信号判定的基准信号；所述电压跟随电路对积分电路与所述带通滤波电路隔离，所述滤
波电路为带通滤波，对雷电信号滤波，将雷电信号内的工频信号以及高频干扰信号滤除后送入比较器电路，所述比较器电路对雷电信号检测；当输入信号幅值在预设触发阈值电路设置的触发阈值上下限阈值V
m
之间时，比较器电路输出高电平信号给为微处理器，否则比较器电路输出低电平信号。
[0010]进一步地，所述微处理器电路由微处理器、RTC时钟电路、时钟电路组成，对雷电流信号的模数转换、雷电流触发时间的获取、雷电流数据的存储以及发送、预设触发电平的输出。
[0011]进一步地，所述雷电流波形储存时，微处理器对缓存中时间t的雷电流波形进行分析，分析出数据峰值和峰值时间t
p
，缓存中时间大于0且小于t
p
的t1个波头数据全部储存，对缓存中时间大于t
p
且小于t的t2个波尾数据进行间隔采集，其中采集间隔为math.floor(
△
t2/
△
t1)对波尾数据进行储存，其中
△
t1为波头半峰宽，
△
t2为波尾半峰宽，math.floor为向下取整个数的意思。
[0012]一种采用所述电路的低功耗雷电流波形采集方法，包括如下步骤：步骤S1：电路上电，微处理器电路的微处理器芯片进行初始化设置；步骤S2：停机模式设置；步骤S21：配置微处理器与电源转换电路连接电源控制引脚使输出低电平，积分电路、信号调理电路、触发电路停止供电；步骤S22：禁止微处理器的ADC、DMA和DAC；步骤S23：跳转至步骤S5；步骤S3：采集模式设置；步骤S31：配置微处理器与电源模块连接的I/O引脚输出高电平，为积分电路、信号调理电路、触发电路提供工作电源；步骤S32：配置微处理器内部ADC和DMA，设定ADC的转换频率，使ADC转换数据通过DMA自动写入SRAM1，数据写满后自动从SRAM1的起始位置覆盖写入；步骤S33：配置微处理器内部DAC，按照设定的触发电平输出直流电压信号；步骤S34：跳转至步骤S4；步骤S4：中断判断；步骤S41：若ADC_WKUP_FALSE=1为雷电流信号中断，进入步骤S5；步骤S42：若RTC_CYCLE_WKUP_FALSE=1为RTC周期中断，进入步骤S6；步骤S43：若RTC_Alarm_WKUP_FALSE=1为RTC闹钟中断，进入步骤S7；步骤S5：提取雷电流信号并发送雷电数据；步骤S6：内部看门狗喂狗，防止微处理器重启，设置RTC_CYCLE_WKUP_FALSE=0，进入步骤S43；步骤S7：发送心跳包和未成功发送雷电流数据重新发送；步骤S8：微处理器进入睡眠模式，等待中断唤醒。
[0013]进一步地，所述步骤S1具体为：步骤S11：在微处理器芯片STM32L471VGT6 的SRAM存储区开辟两个数据存储空间，分别SARM1和SRAM2，所述SRAM1为M个双字节数组，所述SRAM2为N个双字节数组，所述N为M的整数倍；
步骤S12：设定微处理器的工作时钟；步骤S13：配置并开启内部看门狗；步骤S14：配置微处理器的所有I/O引脚为输入模式；步骤S15：配置微处理器与存储电路连接的I/O管脚，使所述存储电路的FALSH芯片处于低功耗模式；步骤S16：配置微处理器与通信电路连接的I/O管脚，使控制通信电路电源开关的引脚输出高电平开启工作电源，发送心跳包并接收回复指令；步骤S17：设置雷电流触发标志位ADC_WKUP_FALSE=0、RTC周期中断标志位RTC_CYCLE_WKUP_FALSE=0、RTC闹钟中断标志位RTC_Alarm_WKUP_FALSE=0，若MODE=0，跳转到步骤S2；若MODE=1；跳转到步骤S3。
[0014]进一步地，所述步骤S5具体为：步骤S51：获取当前时刻ADC转换数据待写入SRAM1数据区的位置K1，从位置K1往前取K2点作为雷电流信号数据的起始位置；步骤S52：实时判断ADC转换数据写入SRAM1区的位置K3，当K2>=K1与K3=M
‑
K2+K1
‑
1同时成立时，从SRAM1的M
‑
K2+K1位置开始取M点数据放入SRAM2；当K2<K1与K3=K1
‑
K2
‑
1时，从SRAM1的K1
‑
K2位置开始取M点数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：包括防护电路（1）、积分电路（2）、信号调理电路（3）、触发电路（4）、微处理器电路（5）、存储电路（6）、通信电路（7）、电源转换电路（8），所述防护电路（1）分别与雷电流信号传感器罗氏线圈和积分电路（2）电性连接，积分电路（2）分别与信号调理电路（3）和触发电路（4）电性连接；信号调理电路（3）和触发电路（4）与微处理器电路（5）电性连接；存储电路（6）与微处理器电路（5）电性连接；通信电路（7）与微处理器电路（5）电性连接；电源转换电路（8）与积分电路（2）、信号调理电路（3）、触发电路（4）、微处理器电路（5）、存储电路（6）、通信电路（7）电性连接。2.根据权利要求1所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述防护电路（1）由气体放电管和压敏电阻串联组成，对超过设计量程的输入信号削波处理。3.根据权利要求1所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述积分电路（2）由运算放大器构成，所述积分电路（2）将罗氏线圈输出的信号积分，对雷电流信号波形进行还原。4.根据权利要求1所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述信号调理电路（3）由分压电路、电压跟随电路、幅值平移电路组成，所述电压跟随电路对分压电路与幅值平移电路隔离，所述幅值平移电路对雷电信号的幅值平移，满足微处理器电路（5）的信号输入范围。5.根据权利要求1所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述触发电路（4）由触发电平调理电路、电压跟随电路、带通滤波电路、比较器电路组成，对输入信号隔离、滤波、判断；所述触发电平调理电路从微处理器电路（5）获取正直流电压信号，将正直流电压信号调整为正负直流电压信号输出至比较器电路，作为雷电信号判定的基准信号；所述电压跟随电路对积分电路（2）与所述带通滤波电路隔离，所述滤波电路为带通滤波，对雷电信号滤波，将雷电信号内的工频信号以及高频干扰信号滤除后送入比较器电路，所述比较器电路对雷电信号检测；当输入信号幅值在预设触发阈值电路设置的触发阈值上下限阈值V
m
之间时，比较器电路输出高电平信号给为微处理器，否则比较器电路输出低电平信号。6.根据权利要求1所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述微处理器电路（5）由微处理器、RTC时钟电路、时钟电路组成，对雷电流信号的模数转换、雷电流触发时间的获取、雷电流数据的存储以及发送、预设触发电平的输出。7.根据权利要求6所述的一种低功耗雷电流波形采集电路，其特征在于：所述雷电流波形储存时，微处理器对缓存中时间t的雷电流波形进行分析，分析出数据峰值和峰值时间t
p
，缓存中时间大于0且小于t
p
的t1个波头数据全部储存，对缓存中时间大于t
p
且小于t的t2个波尾数据进行间隔采集，其中采集间隔为math.floor(
△
t2/
△
t1)对波尾数据进行储存，其中
△
t1为波头半峰宽，
△
t2为波尾半峰宽，math.floor为向下取整个数的意思。8.一种采用权利要求1
‑
7任一所述电路的低功耗雷电流波形采集方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：电路上电，微处理器电路（5）的微处理器芯片进行初始化设置；步骤S2：停机模式设置；步骤S21：配置微处理器与电源转换电路（8）连接电源控制引脚使输出低电平，积分电路（2）、信号调理电路（3）、触发电路（4）停止...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆芳，程恩伏，肖茂波，曾怡帅，贾敏捷，陈超，田浚，董芳，刘志刚，
申请(专利权)人：沈阳铁路信号有限责任公司，
类型：发明
国别省市：