基于工頻畸變技術的抄表系統(tǒng)
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2 硬件電路設計
調制電路系統(tǒng)主要由濾波電路、過零檢測電路及調制電路組成。調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通過改變時鐘輸入頻率可改變?yōu)V波器截止頻率，并且截止頻率為時鐘頻率的 1／100。時鐘輸入端加5 V電平的方波信號，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，增強其效果。過零檢測電路主要由運放器OP07，4個二極管以及1個三極管組成。
畸變信號的檢測電路由前置濾波電路、數(shù)據采集電路、數(shù)據處理電路組成。數(shù)據采集電路由ADl674芯片及其外圍電路組成。整個檢測系統(tǒng)核心是一塊 PLC24系列微處理器芯片加上必要的數(shù)據存儲器、程序存儲器及必要的輸入、輸出電路組成的單片機系統(tǒng)。單片機技術已經非常成熟，在此只給出如圖4所示的系統(tǒng)框圖。
3 信號檢測
信號檢測是一個判斷過零點處有無畸變的問題。目前國內一般采用數(shù)字差分技術(Digital Differential Technique)進行檢測，即前一次的采樣值與當前的采樣值進行做差運算。
如果F(t)=A1 sin(ω1t)，T是其周期Tper的整數(shù)倍，則d(t1)≡0。從這個結果可以看出，由式(1)所描述的數(shù)字差分技術應用到具有穩(wěn)定周期的周期信號時，其差分結果恒等于O。但由于電網信道環(huán)境復雜，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)字差分技術在實際運用中效果卻并不理想。
本文采用的小波檢測法是時頻分析的有力工具。信號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。實際中，廣泛應用的是二進制離散小波，即用二進制動態(tài)采樣網格，a0=2，b0=1，每個網格點對應的尺度為2j，而平移為2jk。由此得到的小波ψj，k(t)被稱為二進小波(Dyadic Wavelet)。
二進小波對信號的分析具有變焦距的作用。假定開始選擇一個放大倍數(shù)2-j，它對應為觀測到信號的某部分內容。如果要進一步觀看信號更小的細節(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化處理，補充細部特征。在用尺度的觀點分析各種信號時，超過某一特定的尺度(例如j0)后，細部特征就不再起作用了，這時可將式(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。用濾波的觀點就是j0 以下各尺度對應于中心頻率不同的帶通濾波器組，j0以上各尺度對應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x(t)的尺度為2j0的逼近低頻信號；第二部分可看作是x(t)的細節(jié)高頻信號。任意一個尺度的逼近信號均可表示成下一尺度的逼近信號和細節(jié)信號之和。
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