專利名稱：一種基于usb總線的電暈電流采集卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于USB總線的電暈電流采集卡。
背景技術(shù)：
隨著中國輸電線路電壓等級的提高以及特高壓直流輸電工程的投入運行，輸電線路的電暈損失問題日益突出。電暈損失的研究，對于輸電線路經(jīng)濟穩(wěn)定運行具有重要意義。目前電暈電流測量系統(tǒng)大多是由貨架產(chǎn)品組成，所使用的數(shù)據(jù)采集裝置多種多樣，數(shù)據(jù)精度、采樣率、存儲深度參差不齊，無法滿足電暈電流穩(wěn)定采集可靠傳輸?shù)男枰?。有些自行研制的?shù)據(jù)采集裝置，也僅限于實驗室等較理想的環(huán)境中進行簡單實驗，一旦工作在實際輸電線路中，容易發(fā)生設(shè)備擊穿或者干擾較大導(dǎo)致數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)的情況，不能可靠地進行工程上的實際應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的USB (Universal Serial BUS)接口具有安裝方便、帶寬高、成本低、可靠性高和外設(shè)容量大等優(yōu)點。USB2.0支持的最高傳輸速度可達(dá)到480Mb/s，基本能夠滿足日益復(fù)雜的高級外設(shè)與計算機之間的高性能連接需求，正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展的趨勢之一。所以本發(fā)明在國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，基于低功耗、抗干擾技術(shù)和USB傳輸總線，研制出低頻段的電暈電流數(shù)據(jù)采集卡，可以準(zhǔn)確可靠測量特高壓直流電暈籠低壓側(cè)電暈電流信號，并實現(xiàn)波形的快速實時顯示和數(shù)據(jù)的大容量自動存儲。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于USB總線的電暈電流采集卡，實現(xiàn)了在特高壓直流電暈籠低壓側(cè)對電暈電流進行安全穩(wěn)定可靠地采集，可通過USB2. O總線穩(wěn)定高速地傳輸數(shù)據(jù)并在上位機快速實時地顯示采集波形和大容量定時保存數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的一種基于USB總線的電暈電流采集卡，其改進之處在于，所述電暈電流采集卡包括依次連接的信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和USB控制模塊；所述USB控制模塊與所述信號調(diào)理模塊通信；無感電阻傳感器將電暈電流轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給所述電暈電流采集卡的所述信號調(diào)理模塊進行限幅、放大、濾波和隔離，并傳給所述A/D轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號傳給所述USB控制模塊進行控制和存儲，并將存儲的信息傳給計算機。其中，所述信號調(diào)理模塊包括依次連接的限幅保護電路、程控放大電路、抗混淆濾波電路和射極跟隨電路。其中，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將所述信號調(diào)理模塊輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其中，所述USB控制模塊包括8051微控制器、通用可編程接口 GPIF、串行接口引擎和USB收發(fā)器；所述8051微控制器的I/O 口與所述信號調(diào)理電路連接；所述通用可編程接口 GPIF通過數(shù)據(jù)總線與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接；
所述串行接口引擎和所述USB收發(fā)器分別與PC機以USB2. 0協(xié)議通信。其中，所述限幅保護電路包括并聯(lián)的瞬態(tài)抑制二極管TVS和陶瓷放電二極管，用于A/D轉(zhuǎn)換模塊的采集信號進行幅值限定，防止高壓擊穿A/D模塊。其中，所述射極跟隨電路由低成本、低功耗、高速運算放大器AD817實現(xiàn)，其用于提高輸入阻抗及實現(xiàn)信號隔離。其中，所述程控放大電路包括集成程控增益放大器；所述集成程控增益放大器選用BURR. BROWN公司的PGA202程控儀表放大器。其中，所述抗混淆濾波電路采用集成有源濾波器；所述集成有源濾波器選用MAXM公司的單片集成濾波器芯片MAX27。其中，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括信號采集芯片，其采用500kHZ采集速率、12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器AD7864。其中，所述USB控制模塊采用Cypress公司生產(chǎn)的CY7C68013A，通過其內(nèi)部FIFO同步被動模式實現(xiàn)所述電暈電流信號數(shù)據(jù)的傳送。其中，所述通用可編程接口 GPIF通過數(shù)據(jù)總線與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，在所述8051微控制器與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊通信時，采用轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的方式。芯片CY7C68013A通過CTLO、CTLl和CTL2控制AD7864的CONVERT、RD和WR引腳，并通過RDYO采集AD7864的EOC引腳信號，從而控制數(shù)據(jù)的讀取。其中，所述通用可編程接口 GPIF單次寫波形通過狀態(tài)0和狀態(tài)I實現(xiàn)單個byte或者word的寫過程。其中，所述USB控制模塊通過FIFO (先進先出)讀取波形，辨別讀取數(shù)據(jù)的狀態(tài)；狀態(tài)0使A/D進入可讀狀態(tài)，狀態(tài)I確定數(shù)據(jù)是否有效，狀態(tài)3判斷數(shù)據(jù)是否讀出完畢。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明信號調(diào)理模塊中限幅保護電路的設(shè)計增強了采集卡的安全可靠，避免了特高壓環(huán)境下采集卡遭受電壓擊穿的風(fēng)險；前置放大電路和濾波電路保證了強電磁環(huán)境下數(shù)據(jù)的真實可靠。A/D轉(zhuǎn)換芯片具有12位分辨率，保證了電暈電流信號的精度。采用USB總線，可以實現(xiàn)電暈電流信號的高速可靠傳輸。本發(fā)明滿足特高壓直流電暈電流測量數(shù)據(jù)可靠高速傳輸?shù)囊螅梢栽谔馗邏簭婋姶怒h(huán)境下穩(wěn)定可靠的工作。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集程序流程在GPIF設(shè)計的控制波形下實現(xiàn)了下位機向上位機自動發(fā)送數(shù)據(jù)的過程。本發(fā)明上位機采集應(yīng)用程序流程通過多線程技術(shù)實現(xiàn)了高速接收下位機數(shù)據(jù)，快速實時顯示波形和大容量定時存儲的功能。


圖1是本發(fā)明中的電暈電流數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明中的信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明中的USB控制模塊結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明中的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)過程和讀取數(shù)據(jù)時序圖；圖5是本發(fā)明中的轉(zhuǎn)換完成后讀取數(shù)據(jù)時序圖6是本發(fā)明中的A/D模塊AD7864和USB控制模塊CY7C68013A的采用數(shù)據(jù)總線
通信示意圖；圖7是本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集程序流程圖；圖8是本發(fā)明中的上位機采集應(yīng)用程序流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明為一種基于USB傳輸?shù)奶馗邏褐绷麟姇炿娏鲾?shù)據(jù)采集卡，其系統(tǒng)框圖如圖1所示，由依次串聯(lián)的信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和USB控制模塊構(gòu)成。如圖2所示為本發(fā)明的信號調(diào)理模塊，由依次連接的限幅保護電路、程控放大電路、抗混淆濾波電路和射極跟隨電路構(gòu)成。所述限幅保護電路包括并聯(lián)的瞬態(tài)抑制二極管TVS和陶瓷放電二極管，用于A/D轉(zhuǎn)換模塊的采集信號進行幅值限定，防止高壓擊穿A/D模塊。限幅保護電路起到鉗制電壓和瞬間釋放大量電能的作用，可以保證采集卡通道兩端電壓在可承受范圍內(nèi)；電暈電流信號本身比較微弱，并且包含各種干擾，程控放大電路可增加電暈電流信號對后續(xù)電路的驅(qū)動能力。電暈電流信號中可能含有高頻噪聲成分，為了避免采集時出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象，必須設(shè)計抗混淆濾波電路。為提高輸入阻抗及實現(xiàn)信號隔離，采用射極跟隨電路作為AD的輸入緩沖。所述射極跟隨電路由低成本、低功耗、高速運算放大器AD817實現(xiàn)，其用于提高輸入阻抗及實現(xiàn)信號隔離。所述程控放大電路包括集成程控增益放大器，集成程控增益放大器選用BURR.BROWN公司的PGA202程控儀表放大器。該芯片無需接外圍芯片，使用方便、性能好。PGA202的增益控制輸入端與TTL、CM0S電平兼容，可以直接和微處理器接口。數(shù)控輸入端A1、A0可以和USB控制模塊的I/O 口直接相連。使用時根據(jù)Al、AO的4種邏輯狀態(tài)可選擇4種增
Mo所述抗混淆濾波電路選用集成有源濾波器。集成有源濾波器選用MAXIM公司推出的單片集成濾波器芯片MAX27，根據(jù)設(shè)計要求，每個濾波單元只需外接4個編程電阻，即可實現(xiàn)從IOOHz到300KHZ的低通、帶通濾波；MAXM公司網(wǎng)站提供了免費的專用設(shè)計軟件，無需復(fù)雜的計算；該芯片為連續(xù)時間型，比開關(guān)型濾波器噪聲低，動態(tài)特性好，并且不需要時鐘，避免了時鐘噪聲。本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換模塊接收信號調(diào)理電路處理后的電暈信號，將易受干擾的模擬信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可靠的數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換模塊主要選用一款高精度、高采集頻率、低功耗的信號采集芯片，可滿足多通道同步采集。所述信號采集芯片選用的是500kHZ采集速率、12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器AD7864。AD7864是美國模擬器件公司生產(chǎn)的一款高精度、高采集頻率、低功耗的信號采集芯片，可實現(xiàn)4通道同時采集。AD7864的單通道轉(zhuǎn)換時間為1. 65us，采集保持時間為0. 35us，單通道最高采集頻率為500kSPS。若四通道同時采集，每通道最高采集頻率可達(dá)130kSPS。信號輸出采用12位高速并行反碼數(shù)據(jù)輸出格式，方便了后續(xù)PC處理。AD7864的4個模擬輸入通道，由CONVST啟動AD轉(zhuǎn)換。AD7864可任意選擇小于4通道的輸入選擇，被選擇的通道以升序的順序進行轉(zhuǎn)換，其選擇可采用硬件模式也可采用軟件模式。AD7864的時鐘可由內(nèi)部時鐘或外部時鐘提供。如圖3所示為本發(fā)明的USB控制模塊，由USB收發(fā)器、SIE串行接口引擎、8051微控制器以及通用可編程接口 GPIF構(gòu)成。USB控制模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊共用數(shù)據(jù)總線，在USB控制模塊發(fā)送的讀寫控制命令下，A/D轉(zhuǎn)換模塊采集轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號儲存在USB控制模塊的內(nèi)部緩存中。USB控制模塊與本地端計算機之間進行數(shù)據(jù)通信通過底層硬件驅(qū)動，固件程序以及上位機應(yīng)用軟件實現(xiàn)。USB驅(qū)動程序處于應(yīng)用程序和設(shè)備端固件之間，使操作系統(tǒng)識別USB設(shè)備，并建立起主機端和設(shè)備端之間的通訊。固件程序主要完成USB協(xié)議處理、數(shù)據(jù)交換以及其它邏輯控制功能。枚舉和重枚舉是USB設(shè)備的一個非常重要的機制，只有完成這兩個過程，USB設(shè)備才與主機建立通訊關(guān)系，否則主機無法識別設(shè)備。應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)人機交換界面，提供實現(xiàn)控制命令的發(fā)送、采集數(shù)據(jù)的讀取、顯示和存儲等功能。USB控制模塊采用Cypress公司生產(chǎn)的EZ-USB FX2 (CY7C68013A)，包括了 USB 2. O收發(fā)器、SIE (串行接口引擎)、8051微控制器、4KB FIFO存儲器以及可編程外圍接口 GPIF。其自帶的智能SIE串行接口引擎可以硬件處理USB 2. O協(xié)議，同時所具有的通用可編程接口和主/從端點FIFO為微處理器操作提供了無縫連接接口。芯片CY7C68013A有以下主要特征四個可編程端點，可以是雙緩沖區(qū)、三緩沖區(qū)或者四緩沖區(qū)，可以根據(jù)外部數(shù)據(jù)的讀取速率調(diào)整緩沖區(qū)的寬度和深度。GPIF允許直接連接到大多數(shù)并行接口 8位或16位，由可編程波形描述符和配置寄存器來定義波形；支持多個Ready (RDY)輸入和Control (CTL)輸出。+ 3. 3V電壓供電，方便與其它元件連接，并降低了控制器的功耗。增強型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051微控制器，時鐘頻率高達(dá)48MHz，很大程度地提高了其運行速度，每個指令周期只包含四個時鐘周期。本發(fā)明中電暈電流信號首先經(jīng)過無感電阻傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號，再經(jīng)過信號調(diào)理模塊的限幅、放大、濾波和隔離作用后，轉(zhuǎn)化為A/D模塊可以接受的信號；接著A/D模塊進行數(shù)據(jù)采樣。首先對AD控制參數(shù)進行配置，USB控制模塊通過中斷方式實現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器的初始化，之后開始啟動第一次數(shù)據(jù)采集，被采集信號經(jīng)過輸入通道的信號調(diào)理后送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器在邏輯控制電路產(chǎn)生的時鐘驅(qū)動下對信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字存儲在USB控制模塊的內(nèi)部端點緩存中。USB控制器的固件程序經(jīng)過枚舉和重枚舉后，以GPIF主模式控制數(shù)據(jù)采集和讀取，并通過GPIF的波形控制AD時序，A/D轉(zhuǎn)換器在邏輯控制電路產(chǎn)生的時鐘驅(qū)動下對信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲在USB芯片的內(nèi)部端點緩存中。當(dāng)采集點數(shù)達(dá)到USB控制模塊內(nèi)部所設(shè)定的存儲深度后，控制邏輯會自動產(chǎn)生實現(xiàn)數(shù)據(jù)塊向上位機的傳輸。在此過程中，上位機可對采集通道、放大倍數(shù)、存儲深度、采樣率等進行實時配置，并可實時保存數(shù)據(jù)和顯示波形。如圖4為本發(fā)明中A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)過程和讀取數(shù)據(jù)時序圖，每通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，即每當(dāng)EOC變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行一次讀操作。數(shù)據(jù)的讀出由CS和RD控制。當(dāng)CS=RD=O時，DBll DBO三態(tài)門打開，允許數(shù)據(jù)輸出。這種控制時序下，AD7864能夠達(dá)到最高的轉(zhuǎn)換和采集速率。如圖5為本發(fā)明中轉(zhuǎn)換完成后讀取數(shù)據(jù)時序圖，當(dāng)轉(zhuǎn)換序列中所有的通道轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)才被讀出。即BUSY變?yōu)榈碗娖綍r讀出所有通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。每次讀操作時，增加輸出數(shù)據(jù)寄存器指針，讀到最后一個轉(zhuǎn)換結(jié)果時，將輸出數(shù)據(jù)寄存器指針復(fù)位。如圖6為本發(fā)明中A/D轉(zhuǎn)換模塊AD7864和USB控制模塊CY7C68013A的通信示意圖，這里采用轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)轉(zhuǎn)換起始信號CONVST有效時(上升沿)，所有保持器進入保持狀態(tài)，開始對選擇的通道采集。BUSY輸出信號在轉(zhuǎn)換起始信號CONVST上升沿時被觸發(fā)為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中一直保持為高，當(dāng)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，變?yōu)榈碗娖?。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC每一個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時均有效，各個通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)保存在AD7864內(nèi)部相應(yīng)的鎖存器中。所有通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，當(dāng)讀信號RD和片選信號CS有效時，就可以并行地從數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取時，按照轉(zhuǎn)換順序進行讀取，每次讀取后自動修改內(nèi)部鎖存器指針。當(dāng)所有通道數(shù)據(jù)均讀取后，內(nèi)部鎖存器指針自動復(fù)位。DB(TDB15為數(shù)據(jù)總線，CY7C68013A 通過 CTLO、CTLl 和 CTL2 控制 AD7864 的 CONVERT、RD 和 WR 引腳，并通過 RDYO采集AD7864的EOC引腳信號。本發(fā)明中GPIF單次寫波形的實現(xiàn)方式為CY7C68013A上電后，系統(tǒng)進行初始化，同時對AD進行復(fù)位。系統(tǒng)進入0狀態(tài)，CONVERT信號變低，啟動AD轉(zhuǎn)換，將采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并根據(jù)AD轉(zhuǎn)換時間設(shè)置狀態(tài)0的持續(xù)時間為42ns ;接著，系統(tǒng)進入I狀態(tài)，它為決策點，開始采集EOC信號，EOC表示轉(zhuǎn)化是否完成，若完成則進入空閑狀態(tài)，結(jié)束本次波形，否則一直等待，直到其完成轉(zhuǎn)化。本發(fā)明中FIFO讀取波形的實現(xiàn)方式為狀態(tài)0，RD信號變低時，AD能讀，狀態(tài)1，數(shù)據(jù)有效，讀入數(shù)據(jù)，由于FIFO可以設(shè)置波形讀的次數(shù)，因此狀態(tài)3是判決點，根據(jù)TCXpire信號決定設(shè)置的次數(shù)是否讀完，如果讀完，進入空狀態(tài)結(jié)束本次波形，否則繼續(xù)進行FIFO讀。如圖7所示為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集程序流程圖。程序開始時，主函數(shù)調(diào)用TD_Init()初始化全局變量，然后調(diào)用GPIF的初始化程序GpifInit ()，初始化GPIF寄存器，并通過兩個自動指針寄存器把生成的GPIF波形程序調(diào)入芯片的RAM內(nèi)，接著狀態(tài)機開始運行，產(chǎn)生所設(shè)計的控制波形。狀態(tài)機循環(huán)執(zhí)行波形控制程序，數(shù)據(jù)采集過程因此也不停的被執(zhí)行。如果AD7864轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)有效后，在TD_Poll()函數(shù)中執(zhí)行讀取數(shù)據(jù)傳輸程序，并首先判斷緩沖區(qū)是否滿標(biāo)志，如果不滿，則開始讀取12位數(shù)據(jù)，也就是AD7864的數(shù)據(jù)，并把緩沖區(qū)的地址指針加1，保證數(shù)據(jù)不會被后來的數(shù)據(jù)覆蓋，并保存在下一個地址中。讀完512個數(shù)據(jù)后，緩沖區(qū)滿,這時根據(jù)上位機的請求自動傳送數(shù)據(jù)。CY7C68013A有兩個自動指針寄存器AUT0PTR1和AUT0PTR2，通過這兩個指針，可以更快地傳送數(shù)據(jù)而不需要有CPU的參與，他們通過配置后，并分別指向數(shù)據(jù)源地址和數(shù)據(jù)目的地址，當(dāng)一個字節(jié)傳送完之后自動增加指針的值并開始下一個字節(jié)的傳輸。如圖8所示為本發(fā)明中上位機采集應(yīng)用程序流程圖，系統(tǒng)運行后首先獲取采集卡列表，選擇采集系統(tǒng)(正極測量系統(tǒng)還是負(fù)極測量系統(tǒng))，設(shè)置采集通道和其他控制參數(shù)之后可以開啟采集。采集數(shù)據(jù)開始的時候選擇是否要實時觀測數(shù)據(jù)，如果需要實時觀測，就開啟新的線程采集并顯示數(shù)據(jù)，否則只需要采集一次并顯示。數(shù)據(jù)采集完畢后，可選擇是否保存數(shù)據(jù)及圖像。當(dāng)設(shè)定芯片為自動存儲時，需要設(shè)定定時器的時間間隔，完成自動保存功能。當(dāng)實現(xiàn)波形回放時，需要先讀取波形文件，載入波形及特征參數(shù)(電流最大值、電流最小值、電流平均值和電流峰峰值等)完成波形回放。上位機主要功能如下(I)多系統(tǒng)選擇功能。當(dāng)多個測量系統(tǒng)同時工作的時候，程序給它們自動編號，可以選擇指定的采集卡進行數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)中由于需要同時測量正負(fù)極性電暈電流，因此需要該應(yīng)用程序能夠識別兩套測量系統(tǒng)，避免采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)混亂。( 2 )測量模式選擇。數(shù)據(jù)采集模式可以在無人值守的情況下連續(xù)工作，可以選擇是否保存數(shù)據(jù)、圖像和平均值，數(shù)據(jù)和圖像的保存間隔、數(shù)據(jù)的保存長度及每個文件中的平均值點數(shù)可以分別設(shè)置。虛擬示波器模式僅用于實時觀測電暈電流波形。(3)參數(shù)設(shè)置和保存功能。主要是為了方便采集卡的設(shè)置，由于多數(shù)情況下采集卡的工作狀態(tài)基本一致，這樣可以把經(jīng)常使用的采集卡參數(shù)保存下來，并在程序啟動的時候載入，只需要選擇相應(yīng)的采集卡工作狀態(tài)就可以完成參數(shù)設(shè)置。(4)當(dāng)前數(shù)據(jù)、圖像保存功能。數(shù)據(jù)的保存格式為txt類型，并且將當(dāng)前的測量系統(tǒng)配置參數(shù)、測量時間保存到文件，方便進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，圖片的保存格式為bmp類型，方便直接觀測。數(shù)據(jù)和圖像的保存路徑可以分別獨立設(shè)置。(5)波形回放功能?？梢暂d入以往保存的數(shù)據(jù)，觀測其平均值、最大值和最小值。(6)輔助功能。包括縮放模式的選擇、衰減檔位的設(shè)置，縮放模式可以觀測感興趣的那部分圖像，衰減檔位是指采集卡探頭可以設(shè)置為Xl或者Xio衰減。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于USB總線的電暈電流采集卡，其特征在于，所述電暈電流采集卡包括依次連接的信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和USB控制模塊；所述USB控制模塊與所述信號調(diào)理模塊通信； 無感電阻傳感器將電暈電流轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給所述電暈電流采集卡的所述信號調(diào)理模塊進行限幅、放大、濾波和隔離，并傳給所述A/D轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號傳給所述USB控制模塊進行控制和存儲，并將存儲的信息傳給計算機。
2.如權(quán)利要求1所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊包括依次連接的限幅保護電路、程控放大電路、抗混淆濾波電路和射極跟隨電路。
3.如權(quán)利要求1所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將所述信號調(diào)理模塊輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
4.如權(quán)利要求1所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述USB控制模塊包括8051微控制器、通用可編程接口 GPIF、串行接口引擎和USB收發(fā)器； 所述8051微控制器的I/O 口與所述信號調(diào)理電路連接； 所述通用可編程接口 GPIF通過數(shù)據(jù)總線與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接； 所述串行接口引擎和所述USB收發(fā)器分別與PC機以USB2. O協(xié)議通信。
5.如權(quán)利要求2所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述限幅保護電路用于對A/D轉(zhuǎn)換模塊的采集信號進行幅值限定。
6.如權(quán)利要求2所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述射極跟隨電路用于提高輸入阻抗及信號隔離。
7.如權(quán)利要求2所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述程控放大電路包括集成程控增益放大器； 所述集成程控增益放大器選用BURR. BROWN公司的PGA202程控儀表放大器。
8.如權(quán)利要求2所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述抗混淆濾波電路采用集成有源濾波器； 所述集成有源濾波器選用MAXM公司的單片集成濾波器芯片MAX27。
9.如權(quán)利要求1或3所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括信號采集芯片，其采用500kHZ采集速率、12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器AD7864。
10.如權(quán)利要求1或4所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述USB控制模塊采用Cypress公司生產(chǎn)的CY7C68013A，通過其內(nèi)部FIFO同步被動模式實現(xiàn)所述電暈電流信號數(shù)據(jù)的傳送。
11.如權(quán)利要求4所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述通用可編程接口GPIF通過數(shù)據(jù)總線與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，在所述8051微控制器與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊通信時，采用轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的方式。
12.如權(quán)利要求4所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述通用可編程接口GPIF單次寫波形通過狀態(tài)O和狀態(tài)I實現(xiàn)單個byte或者word的寫過程。
13.如權(quán)利要求10所述的電暈電流采集卡，其特征在于，所述USB控制模塊通過FIFO讀取波形，辨別數(shù)據(jù)讀取的狀態(tài)；狀態(tài)O使A/D進入可讀狀態(tài)，狀態(tài)I確定數(shù)據(jù)是否有效，狀態(tài)3判斷數(shù)據(jù)是否讀出完畢。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，包括依次連接的信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和USB控制模塊；USB控制模塊與信號調(diào)理模塊通信；無感電阻傳感器將電暈電流轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給所述電暈電流采集卡的所述信號調(diào)理模塊進行限幅、放大、濾波和隔離，并傳給所述A/D轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號傳給所述USB控制模塊進行控制和存儲，并將存儲的信息傳給計算機。本發(fā)明通過A/D轉(zhuǎn)換模塊和USB控制模塊，可以實現(xiàn)電暈電流信號采集存儲參數(shù)可控的目的。該采集設(shè)備可以實現(xiàn)特高壓復(fù)雜電磁環(huán)境下的電暈電流信號的可靠采集、安全存儲和高速傳輸。
文檔編號G01R19/25GK103018542SQ201210497548
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者劉元慶, 袁海文, 李煉煉, 陸家榆, 呂建勛, 郭劍 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 袁海文