[发明专利]电力监测用高速数据采集方法及数据采集卡

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据采集卡，具体地说涉及一种用于电力系统中的电力监测用高速数据采集方法及高速数据采集卡。

背景技术

目前的现有技术中，普遍采用PCI总线技术，它具有传输速率高和PC机联系方便等特点；也有使用DSP作CPU的采集系统，相对于PCI技术的采集系统，DSP数据采集系统具有，总线带宽高，算法实现容易等优点；当然也有很多使用FPGA作为控制器的，但是目前多数仅把FPGA作为地址控制或简单逻辑控制，做实时处理的还没有；国内的采集系统使用的A/D芯片的频率通常在60M以下，分辨率也多在8位，很少有12位的；即使用于局部放电的监测设备其数据采集频率也只能够达到20兆左右，这种采集卡适合于一般或者中等速度的应用场合，对于光纤测温和局部放电等仪器由于速度的原因会造成定位精度差，不适合作为实时检测用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速度、高精度的电力监测用高速数据采集方法及数据采集卡，它的采集速度达到200M，采样分辨率高达12位，可实现FPGA实时处理。

本发明的技术方案是，一种电力监测用高速数据采集方法，模拟信号通过同轴电缆送至模拟放大电路，由普通的电压信号转换成差分模拟信号分成两路送至采样器；采样器对送来的模拟信号进行采样，其特征在于：使用200M的A/D芯片和超大规模的现场可编程逻辑器件(以下简称FPGA)，采样按照流水方式工作，在采样器采样的16个周期后输出信号至数字端口，同时启动锁存使能信号；FPGA检测到采样器锁存信号并将端口上的数字信号锁存入缓冲区，并进行实时累加，累加次数从1-10000调整，累加完成后将数据锁存入内存，同时内存地址加1，然后进入下一操作循环，待数据采样次数和累加次数都达到要求时，释放总线等待数据读出。

实现上述方法的数据采集卡，其特征在于：由模拟通路1(即模拟放大电路)、采样器2、FPGA处理器3、FPGA控制电路4、时钟发生器5、模拟电源6、数字电源7和数据总线8组成；模拟通路1将模拟信号转换成差分电压方式VIN+和VIN-送至200M、12位的A/D采样器2的VIN+和VIN-端；采样器2将采样完的数字信号通过差分方式以12位低信号S1-..S12-和12位高信号S1+..S12+送至FPGA接收端；FPGA将接收到的差分信号内部处理为数字信号；FPGA控制电路4通过DIN、TDI_B、PR0G_B和INT_B四根信号线实现控制；FPGA通过16位数据总线D0-D15实现和外界数据交换；模拟电源给模拟通路的运放和采样器供电；数字电源提供给FPGA接口电压、差分驱动电压、控制电压和内核电压。

由于采用高达200M、12位的采样器并配合高精度时钟，当电网内的信号有任何小的波动时或有其他弱小信号时，该数据采集卡都能快速完整地反映出波形情况为分析带来很大的方便；在20M模拟信号输入时，增益可以达到55dB；同时该数据采集卡有外同步通道，可由外界控制同步采样。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。

图2是本发明实施例的电路原理框图。

图3是图2中模拟通路1的电路原理图。

图4是图2中采样器电路2的电路原理图。

图5是图2中FPGA处理器3的电路原理图。

图6是图2中FPGA控制电路4的电路原理图。

图7是图2中时钟发生器电路5的电路原理图。

图8是图2中模拟电源6的电路原理图。

图9是图2中数字电源7的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体框图，采用高速FPGA与A/D的结合，实现高速采样的同时，可以进行同步实时处理。

图2是本发明的实施例：模拟通路1接收0-1V的模拟信号，1∶1输出差分电压信号；200M高速A/D采样电路2，由AD92系列芯片组成，功耗低，速度最高210M，位数12；FPGA处理器选用XILINX最新VIRTEX5系列芯片，处理能力12路并行400M；FPGA处理器控制电路采用XILINX公司XCP系列ROM配置，总位数8M；数据总线使用FPGA内部双端口。