本实用新型涉及电力通信技术领域，尤其涉及基于总线时分复用的电能量同步采样系统。
背景技术：
目前电力系统中各种测量与保护装置普遍要求电流和电压数据量的同步采样，这对电力系统继电保护、故障判别、系统稳定分析、电能测量等都具有重要意义。而且随着电力系统的发展，对系统监控的要求越来越高，迫切要求能够实现交流数据量的异地同步采样。早先在国外运用了一种无线电波广播对时的方法，但这种方法有其自身难以克服的弱点：同步精度不够高。目前，电力系统中大部分只是简单的利用通信命令进行同步控制，同步精度差，而且一般只能实现数据的同步采集，无法同时实现对采集节点的复杂控制功能，很难同时满足保护装置的遥信、遥测、遥控、遥调要求。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供基于总线时分复用的电能量同步采样系统，解决了电力系统中异地同步采样精度差和通信控制能力弱的问题。
本实用新型提供基于总线时分复用的电能量同步采样系统，包括主控制单元、若干电能量采集单元、时分复用单元，所述时分复用单元分别与所述主控制单元和若干所述电能量采集单元电连接，所述主控制单元发送同步采集指令至所述时分复用单元，所述时分复用单元将接收到的同步采集指令发送至若干所述电能量采集单元，若干所述电能量采集单元接收所述同步采集指令同步启动ADC转换，将采集的电能量数据通过所述时分复用单元发送至所述主控制单元。
进一步地，所述时分复用单元包括时分复用电路、通信总线、主控制单元接口、若干电能量采集单元接口，所述时分复用电路分别与所述主控制单元接口和若干所述电能量采集单元接口连接，所述主控制单元通过所述主控制单元接口与所述时分复用电路连接，所述电能量采集单元通过所述电能量采集单元接口与所述时分复用电路连接，若干所述电能量采集单元通过所述通信总线与所述主控制单元连接；所述主控制单元通过所述主控制单元接口发送同步采集指令至所述时分复用电路，所述时分复用电路通过所述通信总线将所述同步采集指令发送至若干所述电能量采集单元，若干所述电能量采集单元通过若干所述电能量采集单元接口接收所述同步采集指令，同步启动ADC转换，将采集的电能量数据通过所述通信总线发送至所述主控制单元。
进一步地，所述主控制单元设有主同步信号线输出引脚、主串口发送引脚、主串口接收引脚，所述主控制单元接口设有主驱动器输入引脚、主接收器输出引脚、主接收差分信号引脚、主发送差分信号引脚；所述时分复用电路包括所述主同步信号线输出引脚和所述主串口发送引脚分别与所述主驱动器输入引脚连接，所述主串口接收引脚与所述主接收器输出引脚连接，所述主接收差分信号引脚与所述通信总线的正端连接，所述主发送差分信号引脚与所述通信总线的负端连接；所述主控制单元通过所述主同步信号线输出引脚将同步采样脉冲信号输出至所述主驱动器输入引脚，所述同步采样脉冲信号经所述主控制单元接口以差分信号方式通过所述通信总线输出至所述电能量采集单元。
进一步地，所述电能量采集单元设有从同步信号线输入引脚、从出口发送引脚、从串口接收引脚，所述电能量采集单元接口设有从驱动器输入引脚、从接收器输出引脚、从接收差分信号引脚、从发送差分信号引脚；所述时分复用电路还包括所述从出口发送引脚与所述从驱动器输入引脚连接，所述从串口接收引脚和所述从同步信号线输入引脚分别与所述从接收器输出引脚连接，所述从接收差分信号引脚与所述通信总线的正端连接，所述从发送差分信号引脚与所述通信总线的负端连接；所述电能量采集单元通过所述从同步信号线输入引脚采集所述从接收器输出引脚输出的同步采样脉冲信号，若干所述电能量采集单元根据同步采样脉冲信号同时触发同步采样中断。
进一步地，所述通信总线具体为RS485总线，所述主控制单元接口采用MAX485芯片，所述电能量采集单元接口采用MAX485芯片，所述主控制单元通过MAX485芯片与RS485总线连接，所述电能量采集单元通过MAX485芯片与RS485总线连接。
进一步地，所述主控制单元和若干所述电能量采集单元采用32位STM单片机，所述32位STM单片机通过所述MAX485芯片连接至所述RS485总线上。
进一步地，所述RS485总线的A端和B端之间并联终端电阻，所述终端电阻的阻值与所述RS485总线的特性阻抗值相等。
进一步地，所述RS485总线的A端和B端分别串联上拉电阻。
进一步地，所述RS485总线的A端和B端分别串联保护二极管。
进一步地，所述电能量数据包括电压数据和电流数据，所述主控制单元控制若干所述电能量采集单元同步采集所述电压数据和所述电流数据。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型采用时分复用技术实现RS485总线作为通信线传输数据的同时又作为同步信号线传输同步采样脉冲信号，时分复用技术实现主控制单元对电能量采集单元的数据通信控制和电能量采集单元之间高精度的硬件同步采样，通过主控制单元的同步信号线输出引脚连接至主控制单元接口的接收器输出引脚，电能量采集单元的同步信号线输入引脚连接至电能量采集单元接口的接收器输出引脚，主控制单元通过同步信号线输出引脚将同步采样脉冲信号发送至主控制单元接口，再经通信总线输出至电能量采集单元，电能量采集单元通过其同步信号线输入引脚采集电能量采集单元接口的接收器输出引脚输出的同步采样脉冲信号，若干电能量采集单元根据同步采样脉冲信号同时触发同步采样中断，实现了基于RS485总线的电能量数据同步采集和快速有效传输，提高了采样节点间的同步精度和系统可靠性，现场布线简单，可根据需要任意增加和删除电能量采集单元，减少了系统布线，系统更具灵活性、实用性和低成本性，通过RS485总线实现主控制单元对电能量采集单元的遥信、遥测、遥控、遥调等各类复杂数据的交互。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型的基于总线时分复用的电能量同步采样系统示意图；
图2为本实用新型的RS485总线时分复用流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
基于总线时分复用的电能量同步采样系统，包括主控制单元、若干电能量采集单元、时分复用单元，时分复用单元分别与主控制单元和若干电能量采集单元电连接，主控制单元发送同步采集指令至时分复用单元，时分复用单元将接收到的同步采集指令发送至若干电能量采集单元，若干电能量采集单元接收同步采集指令同步启动ADC转换，将采集的电能量数据通过时分复用单元发送至主控制单元。优选地，电能量数据包括电压数据和电流数据，主控制单元控制若干电能量采集单元同步采集电压数据和电流数据。
在一实施例中，如图1所示，优选地，时分复用单元包括时分复用电路、通信总线、主控制单元接口、若干电能量采集单元接口，本实施例中的主机由主控制单元和主控制单元接口组成，从机由电能量采集单元和电能量采集单元接口组成，主机和若干从机通过通信总线连接，时分复用电路分别与主控制单元接口和若干电能量采集单元接口连接，主控制单元通过主控制单元接口与时分复用电路连接，电能量采集单元通过电能量采集单元接口与时分复用电路连接，若干电能量采集单元通过通信总线与主控制单元连接；主控制单元通过主控制单元接口发送同步采集指令至时分复用电路，时分复用电路通过通信总线将同步采集指令发送至若干电能量采集单元，若干电能量采集单元通过若干电能量采集单元接口接收同步采集指令，同步启动ADC转换，将采集的电能量数据通过通信总线发送至主控制单元。
在一实施例中，如图1所示，优选地，通信总线具体为RS485总线，主控制单元接口采用MAX485芯片，电能量采集单元接口采用MAX485芯片，主控制单元通过MAX485芯片与RS485总线连接，电能量采集单元通过MAX485芯片与RS485总线连接。优选地，主控制单元和若干电能量采集单元采用32位STM单片机，32位STM单片机通过MAX485芯片连接至RS485总线上，本实施例中的主机由主控制单元和MAX485芯片组成，从机由电能量采集单元和MAX485芯片接口组成，优选地，主控制单元设有主同步信号线输出引脚OUT1、主串口发送引脚TXD、主串口接收引脚RXD，主控制单元接口设有主驱动器输入引脚DI、主接收器输出引脚RO、主接收差分信号引脚A、主发送差分信号引脚B；时分复用电路包括主同步信号线输出引脚OUT1和主串口发送引脚TXD分别与主驱动器输入引脚DI连接，主串口接收引脚RXD与主接收器输出引脚RO连接，主接收差分信号引脚A与RS485总线的正端连接，主发送差分信号引脚B与RS485总线的负端连接；主控制单元通过主同步信号线输出引脚OUT1将同步采样脉冲信号输出至主驱动器输入引脚DI，同步采样脉冲信号经MAX485芯片以差分信号方式通过RS485总线输出至电能量采集单元。
在一实施例中，如图1所示，优选地，电能量采集单元设有从同步信号线输入引脚IN1、从出口发送引脚TXD、从串口接收引脚RXD，电能量采集单元接口设有从驱动器输入引脚D1、从接收器输出引脚RO、从接收差分信号引脚A、从发送差分信号引脚B；时分复用电路还包括从出口发送引脚TXD与从驱动器输入引脚DI连接，从串口接收引脚RXD和从同步信号线输入引脚IN1分别与从接收器输出引脚RO连接，从接收差分信号引脚A与RS485总线的正端连接，从发送差分信号引脚B与RS485总线的负端连接；电能量采集单元通过从同步信号线输入引脚IN1采集从接收器输出引脚RO输出的同步采样脉冲信号，若干电能量采集单元根据同步采样脉冲信号同时触发同步采样中断。
在一实施例中，如图1至图2所示，RS485总线时分复用过程包括：系统定时或主动触发启动同步采样，主机首先以广播命令的方式向各个从机发送同步采样指令，然后主机停止接收和发送数据处理，主机进入中断，开始T1时间延时，T1延时到后，主控制单元的主同步信号线输出引脚OUT1输出同步采样脉冲信号到MAX485的主驱动器输入引脚DI，同步采样脉冲信号经过主机的MAX485后以差分信号的方式通过RS485总线到达从机的MAX485，主机输出同步采样脉冲信号后，经过T2延时后重新开始接收和发送数据处理；各个从机收到广播的同步采样指令后，立刻停止接收和发送数据处理，并开始通过电能量采集单元的从同步信号线输入引脚IN1采集从机的MAX485的从接收器输出引脚RO输出的同步采样脉冲信号，各个从机同时触发同步采样中断，启动同步采样处理，从机将采集到的电能量数据打包通过RS485总线发送至主机，从机开始T3时间延时，T3延时到后，重新开始接收和发送数据处理。从机的T3时间长度大于主机的T1时间长度，主机的T1时间长度与T2时间长度之和大于从机的T3时间长度。从机启动同步采样处理后，主机和从机进行正常的接收和发送数据，此时RS485总线作为主机与从机之间的数据通信总线，实现主机与从机的遥测、遥信、遥控、遥调等各类复杂数据的交互。
在一实施例中，优选地，RS485总线的A端和B端之间并联终端电阻，终端电阻的阻值与RS485总线的特性阻抗值相等，随着RS485总线距离和负载数量的增加，RS485总线的性能降低，在RS485总线的A端和B端之间并联终端电阻，实现通信双方的电阻匹配。优选地，RS485总线的A端和B端分别串联上拉电阻，提高RS485总线的驱动能力。优选地，RS485总线的A端和B端分别串联保护二极管，防止在通信过程中突然引入的高压浪涌干扰对器件的损坏。
本实用新型采用时分复用技术实现RS485总线作为通信线传输数据的同时又作为同步信号线传输同步采样脉冲信号，时分复用技术实现主控制单元对电能量采集单元的数据通信控制和电能量采集单元之间高精度的硬件同步采样，通过主控制单元的同步信号线输出引脚连接至主控制单元接口的接收器输出引脚，电能量采集单元的同步信号线输入引脚连接至电能量采集单元接口的接收器输出引脚，主控制单元通过同步信号线输出引脚将同步采样脉冲信号发送至主控制单元接口，再经通信总线输出至电能量采集单元，电能量采集单元通过其同步信号线输入引脚采集电能量采集单元接口的接收器输出引脚输出的同步采样脉冲信号，若干电能量采集单元根据同步采样脉冲信号同时触发同步采样中断，实现了基于RS485总线的电能量数据同步采集和快速有效传输，提高了采样节点间的同步精度和系统可靠性，现场布线简单，可根据需要任意增加和删除电能量采集单元，减少了系统布线，系统更具灵活性、实用性和低成本性，通过RS485总线实现主控制单元对电能量采集单元的遥信、遥测、遥控、遥调等各类复杂数据的交互。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。