基于工頻畸變技術(shù)的抄表系統(tǒng)
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2 硬件電路設(shè)計(jì)
調(diào)制電路系統(tǒng)主要由濾波電路、過零檢測電路及調(diào)制電路組成。調(diào)制電路的等效電路已給出，不再討論。圖3所示硬件電路是由A1(MAX-291)、 A2(TA7504P)、A3(OP07)組成的濾波電路和過零檢測電路。A1通過改變時(shí)鐘輸入頻率可改變?yōu)V波器截止頻率，并且截止頻率為時(shí)鐘頻率的 1／100。時(shí)鐘輸入端加5 V電平的方波信號(hào)，在A1的輸入(IN)與輸出(OUT)端之間可以獲得低通濾波器的特性。A2用于平滑A1的輸出階梯狀波形，增強(qiáng)其效果。過零檢測電路主要由運(yùn)放器OP07，4個(gè)二極管以及1個(gè)三極管組成。
畸變信號(hào)的檢測電路由前置濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路組成。數(shù)據(jù)采集電路由ADl674芯片及其外圍電路組成。整個(gè)檢測系統(tǒng)核心是一塊 PLC24系列微處理器芯片加上必要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器及必要的輸入、輸出電路組成的單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在此只給出如圖4所示的系統(tǒng)框圖。
3 信號(hào)檢測
信號(hào)檢測是一個(gè)判斷過零點(diǎn)處有無畸變的問題。目前國內(nèi)一般采用數(shù)字差分技術(shù)(Digital Differential Technique)進(jìn)行檢測，即前一次的采樣值與當(dāng)前的采樣值進(jìn)行做差運(yùn)算。
如果F(t)=A1 sin(ω1t)，T是其周期Tper的整數(shù)倍，則d(t1)≡0。從這個(gè)結(jié)果可以看出，由式(1)所描述的數(shù)字差分技術(shù)應(yīng)用到具有穩(wěn)定周期的周期信號(hào)時(shí)，其差分結(jié)果恒等于O。但由于電網(wǎng)信道環(huán)境復(fù)雜，其中充斥了大量的諧波分量和噪聲的干擾，使得理論上十分可行的數(shù)字差分技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中效果卻并不理想。
本文采用的小波檢測法是時(shí)頻分析的有力工具。信號(hào)x(t)的連續(xù)小波變換為：
式中：a為伸縮尺度因子；b為平移因子。離散小波函數(shù)ψj，k(t)可表示為：
為了使小波變換具有可變化的時(shí)間和頻率分辨率，需要改變a，b的大小，使小波變換具有“變焦距”的功能。實(shí)際中，廣泛應(yīng)用的是二進(jìn)制離散小波，即用二進(jìn)制動(dòng)態(tài)采樣網(wǎng)格，a0=2，b0=1，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對應(yīng)的尺度為2j，而平移為2jk。由此得到的小波ψj，k(t)被稱為二進(jìn)小波(Dyadic Wavelet)。
二進(jìn)小波對信號(hào)的分析具有變焦距的作用。假定開始選擇一個(gè)放大倍數(shù)2-j，它對應(yīng)為觀測到信號(hào)的某部分內(nèi)容。如果要進(jìn)一步觀看信號(hào)更小的細(xì)節(jié)，就需要增加放大倍數(shù)，即減小j值；反之，則減小放大倍數(shù)，即加大j值。任意信號(hào)都可以表示成式(5)形式：
j和k的取值均在±∞，意味著在所有尺度上做細(xì)化處理，補(bǔ)充細(xì)部特征。在用尺度的觀點(diǎn)分析各種信號(hào)時(shí)，超過某一特定的尺度(例如j0)后，細(xì)部特征就不再起作用了，這時(shí)可將式(5)以尺度j0為界限分成兩部分，j0以下各尺度作為細(xì)化特征的近似；j0以上的各尺度用于基本特征的提取。用濾波的觀點(diǎn)就是j0 以下各尺度對應(yīng)于中心頻率不同的帶通濾波器組，j0以上各尺度對應(yīng)于帶寬不同的低通濾波器組。式(5)可表示為：等式右邊第一部分可看作信號(hào)x(t)的尺度為2j0的逼近低頻信號(hào)；第二部分可看作是x(t)的細(xì)節(jié)高頻信號(hào)。任意一個(gè)尺度的逼近信號(hào)均可表示成下一尺度的逼近信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)之和。
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