一种具有自适应功能的ad采集板卡及采集方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数据采集技术领域，具体涉及一种具有自适应功能的AD采集板卡及米集方法。
【背景技术】
[0002]现有AD采集板卡采集正弦波信号并计算有效值的方法为:以固定频率对正弦波信号进行采样，并将采样得到的采样点依次存储到存储器中；数字信号处理器对存储器中每个信号周期内的各采样点进行计算，得到该信号周期所对应的有效值。
[0003]例如，当正弦波信号的信号频率是IHZ时，其信号周期为I秒；假设采样频率为100KHZ，采样周期为10微秒，即1us ;则I个信号周期需要采集100000个采样点，并且，100000个采样点需要均存储到存储器中。而通常情况下，计算有效值实现I %的精度已能够满足绝大多数要求，而该精度仅需要每个信号周期具有5000个点即可，经实际验证，过多的采样点并不能够明显提高有效值计算精度，可见，现有AD采样并计算有效值的方法具有以下问题:(1)过多的采样点存储到存储器中，消耗了大量的存储资源；由于数字信号处理器内部存储资源有限，因此，需要占用额外的外部存储资源，增加了系统硬件成本；(2)在精度足够的情况下，过多的采样点参与有效值计算，一方面，耗费了数字信号处理器的计算资源；另一方面，对数字信号处理器的性能提出了更高的要求，需要高配置的数字信号处理器才能满足该种计算需求，进一步增加了系统硬件成本。原有方法还具有FPGA功耗比较大、可测量频率范围不足的缺点。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种具有自适应功能的AD采集板卡及采集方法，可有效解决上述问题。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明提供一种具有自适应功能的AD采集板卡，包括多通道AD采样芯片以及数字信号处理器；所述多通道AD采样芯片与所述数字信号处理器连接；
[0007]所述多通道AD采样芯片用于对正弦波信号进行采样，并将采样得到的采样点发送给所述数字信号处理器；
[0008]所述数字信号处理器用于:根据所输入的正弦波信号的信号频率，自适应的准确计算出采样间隔；然后，从所述多通道AD采样芯片所上传的采样点中，根据所述采样间隔，选取得到若干个有效采样点；然后，并行执行以下操作:存储所述有效采样点；对一个信号周期包含的有效采样点进行计算，得到正弦波有效值。
[0009]优选的，所述数字信号处理器为FPGA。
[0010]本发明还提供一种具有自适应功能的AD采集方法，包括以下步骤:
[0011 ] SI，设AD采样芯片共有η个采样通道，分别记为第I采样通道、第2采样通道…第η采样通道；其中，η为自然数；数字信号处理器具有I个有效值计算模块；
[0012]S2，当有n路正弦波信号需要被AD采样并计算有效值时，每路正弦波信号的信号频率预先发送给数字信号处理器；设η路正弦波信号依次为:第I路正弦波信号、第2路正弦波信号…第η路正弦波信号；其信号频率对应为其信号周期对应为-TpIV..T?;
[0013]数字信号处理器预设定一个信号周期所需要有效采样点数量的最大值Zmax，以及，数字信号处理器预设定最小采样间隔其中，所述最小采样间隔t ^的设定原则为:最小采样间隔t(i =有效值计算模块计算I次有效值所需时间t y*n+tx;其中，t x为余量时间；
[0014]S3，所述数字信号处理器自适应计算出各路正弦波信号的采样间隔，具体计算方法均为:
[0015]对于任意的第i路正弦波信号，其信号周期为Ti;其中，i = 1、2…η;采用S3.1-S3.3的方法计算其采样间隔:
[0016]S3.ljj = l;
[0017]S3.2，判断IVjtci是否小于等于Zmax，如果判断结果为是，则第i路正弦波信号的采样间隔h= j*最小采样间隔t ^，并结束对该路正弦波信号采样间隔的计算步骤；如果判断结果为否，则执行S3.3;
[0018]S3.3，令 j = j+Ι，返回 S3.2 ;
[0019]由此计算得到各路正弦波信号的采样间隔，其均为最小采样间隔h的整数倍，将η路正弦波信号的采样间隔依次记为:采样间隔h、采样间隔t2…采样间隔tn;
[0020]S4，AD采样芯片的η个采样通道以固定频率持续并行对η路正弦波信号进行独立米样;
[0021]S5，数字信号处理器对AD采样芯片采集得到的η路采样点进行处理，并计算有效值，具体方法为:
[0022]在η路正弦波信号的信号频率均未发生变化时，执行以下步骤:
[0023]数字信号处理器以最小采样间隔h为循环触发时钟；
[0024](I)初始时刻，进行第I次循环处理过程:即:数字信号处理器首先对第I采样通道的当前采样点进行取样，得到第1-1有效采样点；然后，一方面，将所述第1-1有效采样点存储到第I存储区域的第I位；另一方面，对第1-1有效采样点计算有效值，将有效值结果记为Al，并将Al存储到第2-1存储区域；
[0025]然后，数字信号处理器对第2采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第2-1有效采样点；然后，一方面，将所述第2-1有效采样点存储到第2存储区域的第I位；另一方面，对第2-1有效采样点计算有效值，将有效值结果记为A2，并将A2存储到第2-2存储区域；
[0026]依此类推，直到数字信号处理器对第η采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第2-η有效采样点；然后，一方面，将所述第2-η有效采样点存储到第η存储区域的第I位；另一方面，对第2-η有效采样点计算有效值，将有效值结果记为An，并将An存储到第2-η存储区域；
[0027]上述总过程所需时间小于但接近最小采样间隔
[0028](2)从所述初始时刻开始，当经过最小采样间隔h后，进行第2次循环处理过程:即:数字信号处理器返回到第I采样通道，判断从前一次对第I采样通道输送的采样点进行取样的时刻至当前时刻所经过的时间间隔是否达到采样间隔t1;如果达到，则对第I采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第1-2有效采样点；然后，一方面，将所述第1-2有效采样点存储到第I存储区域的第2位；另一方面，对第1-2有效采样点计算有效值，其计算方法为:第1-2有效采样点的值与Al进行累积计算，得到的有效值结果记为A2，并用A2更新Al ;如果未达到，则对第I采样通道输送的当前采样点不进行任何处理；
[0029]然后，采用同样的处理方法，数字信号处理器依次对第2采样通道至第η采样通道进行处理；
[0030](3)从所述初始时刻开始，当经过2倍的最小采样间隔h后，进行第3次循环处理过程；如此不断循环，数字信号处理器对η个采样通道输送的采样点，按各自对应的采样间隔，不断进行取样并计算有效值；
[0031]其中，对于任意一个第i采样通道，其信号周期为Ti,采样间隔为则一个信号周期共包括有M = lVti+1个有效采样点，依次记为:&、CfCM;对第i采样通道有效值计算过程具体为:
[0032]SlO:当得到第I个有效采样点(^时，计算得到有效值Al ;其中，有效值Al只为中间值；
[0033]当得到第2个有效采样点(:2时，将有效采样点C 2和有效值Al进行累积计算，得到有效值A2 ;有效值A2只为中间值；
[0034]依此类推，当得到第一个周期的最后一个有效采样点Cm时，并与A η进行累积计算，得到有效值Am;此处，有效值A ?不再是中间值，存储A M;
[0035]S20，当经过第一个信号周期后，当后续得到第M+1个有效采样点(^+1后，此时，通过(V..CM、Cmh这M个有效采样点的值计算有效值A M+1;此处，有效值A M+1不再是中间值，存储 am+1;
[0036]当后续得到第M+2个有效采样点‘后，此时，通过C 3...CM+1、CM+2这M个有效采样点的值计算有效值AM+2;此处，有效值A M+2不再是中间值，存储A M+2;
[0037]依此类推，只要第i采样通道的信号频率不发生变化时，不断计算并得到有效值，最终得到多个有效值；
[0038]S30，在任意时刻，当第i采样通道的信号频率发生变化时，采样间隔自适应变化，将信号频率发生变化后的第I个有效采样点记为C1，然后，返回S10，循环S10-S20。
[0039]本发明提供的具有自适应功能的AD采集板卡及采集方法具有以下优点:
[0040](I)预设计采样点数Zmax，以及，不同信号频率的各个正弦波信号共用同一个有效值计算模块，从而在保证有效