一種分布式dtu的採樣同步方法和裝置的製作方法
2023-06-20 10:35:56
專利名稱：一種分布式dtu的採樣同步方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及配網自動化領域，尤其涉及一種分布式DTU的採樣同步方法和裝置。
背景技術：
應用現代計算機與通信技術中，採用配網自動化可以有效地提高供電質量與生產管理效率，因此，受到了供電部門科研生產單位的廣泛重視。國際上一些發達國家的供電公司已大面積應用配網自動化，國內不少城市的供電公司(紹興、濟南、青島、中山、泉州等)的配網自動化系統也達到了一定的規模。隨著社會與經濟水平的不斷發展，用戶對供電質量要求越來越高，實施配網自動化是供電部門的必然選擇。
配網自動化系統由主站、通信網絡、終端裝置三部分組成。配電網自動化系統的終端裝置，一般稱為配電自動化終端或者配網自動化終端，用於中壓配電網中的開閉所、重合器、柱上分段開關、環網櫃、配電變壓器、線路調壓器、無功補償電容器的監視與控制，與配網自動化主站通信，提供配電網運行控制及管理所需的數據，執行主站給出的對配網設備進行調節控制的指令。配網終端是配網自動化系統的基本組成單元，其性能與可靠性直接影響到整個系統能否有效發揮作用。
開閉所、公用及用戶配電所監控終端，一般稱為站控終端，即DTU (DistributionTerminal Unit)。CAN是控制器區域網路的簡稱，其高性能和可靠性已被認同，並被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。
通常，集中式DTU通過一臺裝置在本地採集電力進出線路同一點的電壓電流進行遙測計量，分布式DTU需要對同一條電力線路的不同點分別進行電壓和電流信號的採集。基於此，分布式DTU除了使用終端裝置進行電壓信號採集之外還需要使用多個智能監控單元進行電流信號採集，由於電壓電流不是使用同一個板卡進行採集，如何實現電壓電流採採樣同步是保證遙測精度的關鍵所在。
目前，通過分布式DTU的實現採樣同步有兩種方法:1)板卡間發送對時報文，各個板卡解析報文後實現採樣時鐘同步，由於各板卡通過通信網絡，例如CAN (Conroller AreaNetwork,控制器區域網路)、RS485等接收對時報文，解析報文，再觸發同步後有時間差，而這些時間差無法度量，因此同步的效果較差，不能實現較高精度的計量功能；2)在板卡間額外增加一根線，用於發送對時脈衝，板卡通過檢測該脈衝的上升沿或者下降沿，實現採樣同步，該方法雖然能夠實現高精度的採樣同步，但是該方法存在兩個弊端:一是抗幹擾能力較差，受到幹擾後會誤觸發採樣同步；二是有的客戶現場不希望額外提供一根線用於採樣同步，從而增加了硬體成本。發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術同步採樣時抗幹擾能力差和增加硬體成本的缺陷，提供一種性能穩定且無需增加硬體成本的分布式DTU的採樣同步方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種分布式DTU的採樣同步方法，所述分布式DTU包括主控板以及與所述主控板通過CAN網絡通信連接的AD採集板，所述CAN網絡由CAN模塊組成，所述CAN模塊內部集成一定時器，所述方法包括以下步驟: 50.設置所述CAN模塊的工作模式為時間戳模式； 51.所述主控板向所述AD採集板發送起始報文； 52.在所述AD採集板接收到所述起始報文時通過所述定時器記錄當前第一計數值； 53.所述主控板向所述AD採集板發送同步報文； 54.在所述AD採集板接收到所述同步報文時通過所述定時器記錄當前第二計數值； 55.計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為所述定時器的計時周期； 56.以AD採集板接收到所述同步報文的時刻為初始時刻，在所述計時周期到達時，所述主控板與所述AD採集板觸發採樣脈衝。
優選地，在所述步驟SO與所述步驟SI之間還包括以下步驟: 檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態，若是，則執行步驟SI，若否，則步驟結束。
優選地，所述AD採集板上設有多個智能監控單元，其中，每個智能監控單元之間通過所述CAN網絡連接。
優選地，所述主控板包括依次連接的第一主控器、第一 AD晶片以及第一 CAN接口模塊，其中: 第一主控器，用於輸出第一採樣脈衝信號； 第一 AD晶片，用於根據所述第一採樣脈衝信號觸發採集電壓信號； 第一 CAN接口模塊，用於通過所述CAN網絡發送所述電壓信號。
優選地，所述智能監控單元包括依次連接的第二主控器、第二 AD晶片以及第二CAN接口模塊，其中: 第二主控器，用於輸出第二採樣脈衝信號； 第二 AD晶片，用於根據所述第二採樣脈衝信號觸發採集電流信號； 第二 CAN接口模塊，用於通過所述CAN網絡發送所述電流信號。
優選地，所述主控板以廣播方式發送所述起始報文和所述同步報文。
優選地，計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差具體為將所述當前第一計數值減去所述當前第二計數值之後乘以所述定時器的時鐘頻率。
本發明還提供一種分布式DTU的採樣同步裝置，所述分布式DTU包括主控板以及與所述主控板通過CAN網絡通信連接的AD採集板，所述CAN網絡由CAN模塊組成，所述CAN模塊內部集成一定時器，所述裝置包括: 設置單元，用於設置所述CAN模塊的工作模式為時間戳模式； 第一發送單元，與所述設置單元連接，用於所述主控板向所述AD採集板發送起始報文； 第一記錄單元，與所述第一發送單元連接，用於在所述AD採集板接收到所述起始報文時通過所述定時器記錄當前第一計數值； 第二發送單元，與所述第一記錄單元連接，用於所述主控板向所述AD採集板發送同步報文； 第二記錄單元，與所述第二發送單元連接，用於在所述AD採集板接收到所述同步報文時通過所述定時器記錄當前第二計數值； 計算單元，與所述第二記錄單元連接，用於計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為所述定時器的計時周期；觸發單元，與所述計算單元連接，用於在所述計時周期到達時，所述主控板與所述AD採集板觸發採樣脈衝。
優選地，所述裝置還包括與所述設置單元和所述第一發送單元連接的檢測單元，其中: 所述檢測單元，用於檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態。
優選地，所述AD採集板上設有多個智能監控單元，其中，每個智能監控單元之間通過所述CAN網絡連接。
實施本發明的技術方案，具有以下有益效果:通過使用CAN模塊的定時器功能採用計算接收起始報文和同步報文時間差來補償延時的方式實現分布式DTU的採樣對時，從而能夠在不增加硬體結構的前提下解決觸發採樣有時間差的問題，做到高精度的同步採樣，該技術方案簡單實用、性能穩定且無需增加硬體成本。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中: 圖1是本發明分布式DTU的結構示意圖； 圖2是本發明AD採集板的結構示意圖； 圖3是本發明主控板和智能監控單元的結構示意圖； 圖4是本發明分布式DTU的採樣同步方法的流程圖； 圖5是本發明分布式DTU的採樣同步裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發 明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例一: 請參閱圖1，圖1是本發明分布式DTU的結構示意圖，如圖1所示，該分布式DTU包括主控板100以及與所述主控板100通過CAN網絡通信連接的AD (Analog Digital，模擬數字)採集板200。也就是說，通過CAN網絡實現主控板100與AD採集板之間的採樣同步。
請結合參閱圖2,圖2是本發明AD採集板的結構示意圖,如圖2所示,所述AD採集板上設有多個智能監控單元，例如智能監控單元210、智能監控單元220…能監控單元2N0，其中，N為自然數，應當說明的是，每個智能監控單元之間通過所述CAN網絡連接，例如，智能監控單元210與智能監控單元220之間通過CAN網絡連接。值得注意的是，所述CAN網絡由CAN模塊組成，其中，所述CAN模塊內部集成一定時器。所述定時器包括時間戳模式和時間觸發模式。也就是說，通過使用CAN模塊的定時器功能實現分布式DTU的採樣對時。
在本實施例中，如圖3所示，所述主控板100包括依次連接的第一主控器101、第一AD晶片102以及第一 CAN接口模塊103，以智能監控單元210為例，智能監控單元210包括依次連接的第二主控器201、第二 AD晶片202以及第二 CAN接口模塊203，下面介紹各個部分的作用: 第一主控器101,用於輸出第一米樣脈衝信號。
第一 AD晶片102,用於根據所述第一米樣脈衝信號觸發米集電壓信號。
第一 CAN接口模塊103，用於通過所述CAN網絡發送所述電壓信號。
第二主控器201,用於輸出第二米樣脈衝信號。
第二 AD晶片202，用於根據所述第二採樣脈衝信號觸發採集電流信號。
第二 CAN接口模塊203，用於通過所述CAN網絡發送所述電流信號。
上述實施例中，通過不改動現有硬體架構的基礎上，通過在CAN模塊中內置定時器，計算接收同步報文和起始報文的時間差，並通過定時器在觸發採樣時彌補上述時間差，從而實現了高精度採樣同步，從而使得分布式DTU的性能大幅提高，尤其是遙測性能。
實施例二: 請參閱圖4，圖4是本發明分布式DTU的採樣同步方法的流程圖，如圖4所示，所述方法包括以下步驟: 在步驟SO中，設置CAN模塊的工作模式為時間戳模式。即在發送和接收報文時都會帶有時間。
在步驟SOl中，檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態，若是，則執行步驟SI，若否，則步驟結束，也就是說，取消本次觸發，等待下一次觸發。在本實施例中，定時器自身帶有一個16位的寄存器，當定時器運行一個時鐘頻率的時候，該寄存器就加一，在此不再贅述。另外，該步驟並不是必要的，在其他實施例中，若該CAN模塊已經進行初始化了，其發送寄存器也必定處於空閒狀態，所以該步驟可省略。
在步驟SI中，所述主控板100向所述AD採集板200發送起始報文；該步驟發送起始報文的作用是告訴AD採集板200可以開始觸發採樣同步了。
在步驟S2中，在所述AD採集板200接收到所述起始報文時記錄當前第一計數值，此時AD採集板200需要暫停當前系統的其它處理任務，保證能夠以最快時間接收並處理主控板100發送的下一幀數據，應當說明的是，在該步驟中，AD採集板200在接收到該起始報文的同時解析該起始報文。
在步驟S3中，所述主控板100向所述AD採集板200發送同步報文。
在本實施例中，所述主控板100以廣播方式發送所述起始報文和所述同步報文。
在步驟S4中，在所述AD採集板200接收到所述同步報文時記錄當前第二計數值。同樣地，在該步驟中，AD採集板200在接收到該同步報文的同時解析該同步報文。
在本實施例中，所述當前第一計數值和所述當前第二計數值均由所述定時器計數。
在步驟S5中，計算所述主控板100發送所述起始報文與所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為計時周期。需要解釋的是，計算所述主控板發送所述起始報文與所述同步報文之間的時間差具體為將所述當前第一計數值減去所述當前第二計數值之後乘以所述定時器的時鐘頻率。
在步驟S6中，以AD採集板接收到所述同步報文的時刻為初始時刻，在所述計時周期到達時，所述主控板100與所述AD採集板200觸發採樣脈衝。需要解釋的是，在所述周期到達時是指，以AD採集板接收到所述同步報文的時刻為初始時刻，加上I個計時周期時，第一次觸發採樣脈衝，加上2個計時周期時，再一次觸發採樣脈衝，依次類推，但是第一次觸發是在第一個計時周期到來時，而不是初始時刻。
上述實施例中，通過CAN模塊的發送寄存器保證主控板和智能監控單元進行採樣同步時處於空閒狀態，能夠及時進行採樣同步；通過CAN模塊特有的時間戳功能，將主控板與智能監控單元在CAN網絡上傳輸的時間差精確計算出來，進一步保證主控板與智能監控單元能夠實現高精度的採樣同步。
本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，相應的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，所述的存儲介質，如R0M/RAM、磁碟或光碟等。
實施例三: 請參閱圖5，圖5是本發明分布式DTU的採樣同步裝置的結構示意圖，如圖5所示，所述裝置包括依次連接的設置單元501、檢測單元502、第一發送單元503、第一記錄單元504、第二發送單元505、第二記錄單元506、計算單元507和觸發單元508。下面具體介紹各個部分的作用: 設置單元501，用於設置所述CAN模塊的工作模式為時間戳模式。
檢測單元502，用於檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態。應當說明的是，同樣地，在其他的實施例中，該檢測單元502也可省去，在此不再贅述。
第一發送單元503，用於所述主控板向所述AD採集板發送起始報文。
第一記錄單元504，用於在所述AD採集板接收到所述起始報文時通過所述定時器記錄當前第一計數值。
第二發送單元505，用於所述主控板向所述AD採集板發送同步報文。
第二記錄單元506，用於在所述AD採集板接收到所述同步報文時通過所述定時器記錄當前第二計數值。
計算單元507，用於計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為所述定時器的計時周期。
觸發單元508，用於在所述計時周期到達時，所述主控板與所述AD採集板觸發採樣脈衝。
相較於現有技術，通過CAN網絡實現主控板與AD採集板之間的同步採樣，同時通過使用CAN模塊的定時器功能實現分布式DTU的採樣對時，該技術方案簡單實用、性能穩定且無需增加硬體成本。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種分布式DTU的採樣同步方法，所述分布式DTU包括主控板以及與所述主控板通過CAN網絡通信連接的AD採集板，其特徵在於，所述CAN網絡由CAN模塊組成，所述CAN模塊內部集成一定時器，所述方法包括以下步驟: 50.設置所述CAN模塊的工作模式為時間戳模式； 51.所述主控板向所述AD採集板發送起始報文； 52.在所述AD採集板接收到所述起始報文時通過所述定時器記錄當前第一計數值； 53.所述主控板向所述AD採集板發送同步報文； 54.在所述AD採集板接收到所述同步報文時通過所述定時器記錄當前第二計數值； 55.計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為所述定時器的計時周期； 56.以AD採集板接收到所述同步報文的時刻為初始時刻，在所述計時周期到達時，所述主控板與所述AD採集板觸發採樣脈衝。
2.根據權利要求1所述的採樣同步方法，其特徵在於，在所述步驟SO與所述步驟SI之間還包括以下步驟: 檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態，若是，則執行步驟SI，若否，則步 驟結束。
3.根據權利要求1所述的採樣同步方法，其特徵在於，所述AD採集板上設有多個智能監控單元，其中，每個智能監控單元之間通過所述CAN網絡連接。
4.根據權利要求3所述的採樣同步方法，其特徵在於，所述主控板包括依次連接的第一主控器、第一 AD晶片以及第一 CAN接口模塊,其中: 第一主控器，用於輸出第一採樣脈衝信號； 第一 AD晶片，用於根據所述第一採樣脈衝信號觸發採集電壓信號； 第一 CAN接口模塊，用於通過所述CAN網絡發送所述電壓信號。
5.根據權利要求3所述的採樣同步方法，其特徵在於，所述智能監控單元包括依次連接的第二主控器、第二 AD晶片以及第二 CAN接口模塊，其中: 第二主控器，用於輸出第二採樣脈衝信號； 第二 AD晶片，用於根據所述第二採樣脈衝信號觸發採集電流信號； 第二 CAN接口模塊，用於通過所述CAN網絡發送所述電流信號。
6.根據權利要求1所述的採樣同步方法，其特徵在於，所述主控板以廣播方式發送所述起始報文和所述同步報文。
7.根據權利要求1所述的採樣同步方法，其特徵在於，計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差具體為將所述當前第一計數值減去所述當前第二計數值之後乘以所述定時器的時鐘頻率。
8.一種分布式DTU的採樣同步裝置，所述分布式DTU包括主控板以及與所述主控板通過CAN網絡通信連接的AD採集板，其特徵在於，所述CAN網絡由CAN模塊組成，所述CAN模塊內部集成一定時器，所述裝置包括: 設置單元，用於設置所述CAN模塊的工作模式為時間戳模式； 第一發送單元，與所述設置單元連接，用於所述主控板向所述AD採集板發送起始報文；第一記錄單元，與所述第一發送單元連接，用於在所述AD採集板接收到所述起始報文時通過所述定時器記錄當前第一計數值； 第二發送單元，與所述第一記錄單元連接，用於所述主控板向所述AD採集板發送同步報文； 第二記錄單元，與所述第二發送單元連接，用於在所述AD採集板接收到所述同步報文時通過所述定時器記錄當前第二計數值； 計算單元，與所述第二記錄單元連接，用於計算從所述主控板發送所述起始報文到所述主控板發送所述同步報文之間的時間差，並將所述時間差記為所述定時器的計時周期； 觸發單元，與所述計算單元連接，用於在所述計時周期到達時，所述主控板與所述AD採集板觸發採樣脈衝。
9.根據權利要求8所述的採樣同步裝置，其特徵在於，所述裝置還包括與所述設置單元和所述第一發送單元連接的檢測單元，其中: 所述檢測單元，用於檢測所述CAN模塊的發送寄存器是否處於空閒狀態。
10.根據權利要求8所述的採樣同步裝置，其特徵在於，所述AD採集板上設有多個智能監控單元，其中，每個智 能監控單元之間通過所述CAN網絡連接。
全文摘要
本發明公開一種分布式DTU的採樣同步方法和裝置，該分布式DTU包括主控板以及與主控板通過CAN網絡通信連接的AD採集板，CAN網絡由CAN模塊組成，CAN模塊內部集成一定時器，該方法包括設置CAN模塊的工作模式為時間戳模式；主控板向AD採集板發送起始報文;在AD採集板接收到所述起始報文時通過定時器記錄當前第一計數值；主控板向AD採集板發送同步報文；在AD採集板接收到同步報文時通過定時器記錄當前第二計數值；計算從主控板發送所述起始報文到主控板發送同步報文之間的時間差，並將時間差記為定時器的計時周期；在計時周期到達時，主控板與AD採集板觸發採樣脈衝。該方案簡單實用、性能穩定且無需增加硬體成本。
文檔編號H02J13/00GK103151835SQ20131004861
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者許珍 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司