一种单向走线实时检测数字信号的方法

技术领域

本发明属于电力变换技术领域，具体地说，涉及一种单向走线实时检测数字信号的方法。

背景技术

光伏逆变器的模块化系统布置，要求其内部各系统模块间的数字信号通讯满足高可靠、低延迟等要求。常见的系统模块件的通讯方式包括CAN总线(Controller AreaNetwork，控制局域网络)方式、RS-485总线方式。

其中，传统的CAN总线和RS-485总线方式等标准通讯协议方式已经相对成熟可靠。但CAN总线的常用波特率为500kbps，RS-485总线的常用波特率为一般不超过115200bps，基于保证通讯稳定性和降低通讯过程中的丢包率的考虑，因此，很难通过进一步提高波特率的方式来降低通讯延迟，从而不难看出，传统通讯协议方式已经很难适应如今的低延迟传输环境。

另一方面，现有技术下，在传输过程中为相互感知线路通断，会在客户端和服务器两端之间定时传输心跳数据包，以通知对方自己当前状态。因此，对于低延迟要求越高的传输条件下，则相应的，需要在单位时间内传输越多数量的心跳数据包，才能满足低延迟传输的需要，然而，更多的发包数量会给系统处理器增加更多的负担，所以，传统通讯协议方式也很难满足低延迟传输环境的系统要求。

因此，为了满足低延迟的传输要求，现有技术中提出基于逻辑电平信号的通讯方式，即，采用单向走线逻辑电平信号，通过电平信号与地线之间的电位差来体现，因而该通讯方式不存在延迟问题。但是由于无法通过发送心跳数据包，故又缺少有效的方式确认当前信号线的开路、短路、干扰等有效状态信息，无法实现线路的实时检测；甚至，当出现异常状态时，信号线会传输错误信号，因此，单向走线逻辑电平信号的通讯方式存在线路失效和信号安全等较大传输风险。

一种容易想到的解决单向走线通讯方式存在的上述技术问题的方案是采用双向走线的逻辑电平信号通讯方式，其可以理解成，在单向走线的逻辑电平信号线中加入用于回路检测的信号线，这样就解决了其无法实时提现信号线当前状态的技术问题。可同时，采用双向走线并增加回路检测的方式，会在系统中徒增大量的冗余线束，并且，为实现上述回路检测功能，又必然需要大量占用系统的输入输出资源，布线难度大，检测过程复杂，因此，双向走线逻辑电平信号的方式在实际应用上也只能适用于布线空间富余，系统读写资源和存储空间不受限制的情况，其局限性较大。

有鉴于此，应当对现有技术进行改进，以解决其技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够在满足光伏逆变器各组件模块之间的低延迟通信要求，同时又可以降低信号传输系统布线的复杂度的单向走线实时检测数字信号的方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种单向走线实时检测数字信号的方法，其特征在于，所述检测方法包括：在系统模块的输入输出隔离电路之间，配置至少一条单向走线的占空比控制信号线的步骤S1；根据信号传输延迟时间t，设定脉冲宽度调制信号的周期T和频率F的步骤S2；为传递的n个数字信号中每一数字信号配置相应的占空比信号数据{d

优选地，在所述步骤S2中，设定信号传输延迟时间t，脉冲宽度调制信号的周期T的范围为T≤0.5t，则脉冲宽度调制信号的频率F的范围相应为F≥2/t。

又优选地，所述步骤S4中，在当前线路中，对于第m个数字信号，设定输出端输出的占空比数据为d

又优选地，所述步骤S3中，还包括为系统的多个组件模块和/或多个组件模块的输入端和输出端分别配置不同的频率{(F

进一步优选的，步骤S4中，所述第二模块的接收端接收的占空比信号的输出函数y

又优选地，还包括为每一组件模块配置多个信号线的步骤，则步骤S3中，为每一信号线配置相应的占空比信号数据{D

进一步优选地，在所述步骤S4中，对于任意模块的第一信号线和第二信号线，则设定所述第一信号线的输出信号高电平区间范围在(r

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在数字信号通讯过程中增加脉冲宽度调制(PWM)信号，与单向走线逻辑电平信号一样，可以解决信号传输的延迟问题。同时，PWM信号为由输出端向接收端单向传送的信号，将输出端输出的PWM信号与接收端接收的PWM信号进行比较，则可以在一个周期内检测出当前线路的开路、短路以及干扰等故障情况，不仅实现了与发送心跳数据包相同的线路感知作用，又可以在一个周期内对线路当前状态进行反应，显著降低了处理器和系统的负荷；

2、为光伏逆变器的各个组件模块之间和/或各组件模块的输入端和输出端配置不同的脉冲宽度调制信号传输频率，又或是根据模块类型分配不同的脉冲宽度调制信号频率，并配置相应的占空比信号，则不同频率的PWM信号线相互短路时，由于组件模块间的这种频率差异，反应到脉冲宽度调制信号上是该组件模块接收端接收的PWM信号的频率为与两组件模块输入端和/或输出端的PWM频率都不相同，则此时可以在一定周期内对当前线路输入输出信号短路故障状态迅速做出反应，实现信号线状态的实时检测；

3、为光伏逆变器的各个组件模块配置相同的频率并配置多条用于输出的信号线，每一信号线具有不同的相位角，对于任意两信号线之间之间PWM信号叠加后产生相位差，根据接收端接收的占空比信号的电平位于的区间，并根据比较当前两模块输出信号的相位角的大小和高电平区间，从而在一个周期内对PWM信号的异常做出反应，实现信号线状态的实时检测；

4、实际运用中，只需要约定通讯模块间的频率参数，而不再受总线传输的标准协议的条件约束，显著减少了系统资源的占用，有效提高了系统的可靠性，对线路和数据信号进行实施检测，避免出现异常状况时，信号线传输错误信号，改善系统安全性。

附图说明

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例中所述的单向走线实时检测数字信号的方法的流程；

图2为示意图，示出了本发明的实施例一中接收端接收到的数字信号量PWM方波信号的波形幅度的三种情况；

图3为示意图，示出了本发明的实施例二中接收端接收到的数字信号量PWM方波信号的波形幅度。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的一种单向走线实时检测数字信号的方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

需要说明的是，本发明实施例中所使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明的该实施例中提供了一种单向走线实时检测数字信号的方法，其运用于光伏逆变器各组件模块之间，但在其他实施例中，该数字信号方法也一样可以运用于多种其他通讯模块或通讯组件之间。

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例中所述的单向走线实时检测数字信号的方法的流程。如图1所示，在本发明的该实施例中所述的单向走线实时检测数字信号的方法包括以下步骤：在系统模块的输入输出隔离电路之间，配置单向走线的占空比控制信号线的步骤S1；根据信号传输延迟时间t，设定脉冲宽度调制信号的周期T和频率F的步骤S2；为传递的n个数字信号中每一数字信号配置相应的占空比信号数据{d

具体地说，步骤S1中，在该实施例中所述的数字信号检测方法的系统运用配置，仅需要在相互连接的各组件模块的输入端和输出端之间配置即可。举例来说，在相互通讯连接的第一模块和第二模块之间，将第一模块处理器的输出端与第二模块处理器的输入端连通，将第一模块处理器的输入端与第二模块处理器的输出端连通，而后，在第一模块处理器的输入/输出端与第二模块处理器的输出/输入端连接的通路上配置输入/输出隔离电路，并配置相应的脉冲宽度调制信号线，也即，每一支路上都仅需配置单向的脉冲宽度调制信号线即可。脉冲宽度调制信号线发送可调的占空比方波控制信号(以下简称PWM)。

在步骤S2中，根据当前传输的信号延迟要求，确定传输的延迟t，理想模型下，滤波需求PWM的周期T应该刚好等于0.5t，即在延迟t的要求下的半程传输时间。而通常情况下，会将滤波需求PWM的周期T设定为小于0.5t，即，脉冲宽度调制信号的周期T的范围为T≤0.5t，相应的，脉冲宽度调制信号的频率F应为其周期T的倒数，则有脉冲宽度调制信号的频率F的范围为F≥2/t。

在步骤S3中，根据输出或者检测PWM的精度以及数字信号传输的实际需要，确定前述的单根脉冲宽度调制信号线用于传递多少个数字信号，并为需要传输的每一数字信号分配一占空比。例如，如果传递两个数字信号量，则相应的分配占空比{d

实际运用中，光伏逆变器中通常需要在多个组件模块之间实现低延迟通讯，则相应的，还包括为系统的多个组件模块之间和/或多个组件模块的输入端和输出端分别配置不同的频率{(F

进一步的，每一组件模块也可以配置多条用于输出的信号线，每一信号线配置相应的相位角{r

实施例一

在该实施例中，以传递一个数字信号量为例。为该数字信号量分配占空比d

图2为示意图，示出了本发明的实施例一中接收端接收到的数字信号量PWM方波信号的波形幅度的三种情况；则如图2所示，在当前线路中，若输出端输出的占空比方波信号的占空比为d

实施例二

在该实施例中，以从第一模块传递一个数字信号量至第二模块为例，为第一模块的输入端和输出端分别配置不同的频率(F

图3为示意图，示出了本发明的实施例二中接收端接收到的数字信号量PWM方波信号的波形幅度。参看图3，第一模块输出的数字信号M，输出端的频率为F

同时，在实施例二中，接收端接收到的数字信号量PWM方波信号输出y

实施例三

本系统的配置过程，还可以是通过将多个组件模块之设置为相同的频率，而对于某个组件模块采用多条用于信号输出的信号线实现，则在本发明的实施例三中，对于任意的一个组件模块，设定两条信号线，分别定义为第一信号线和第二信号线，为第一信号线和第二信号线分别配置的占空比数据{D

例如，设定第一信号线的占空比D

又例如，设定第一信号线的占空比D

实施例四

在本发明的该实施例中，将系统配置成多个组件模块之间和多组件模块的输出端和输入端之间设定不同的频率，并且，多个组件模块中的每一或部分采用多条信号线进行输出。

则，在该实施例中，对于任意的第一模块和第二模块之间，由于高电平宽度相同，相位角在某一时刻t

由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有以下有益技术效果：

1、在数字信号通讯过程中增加脉冲宽度调制(PWM)信号，与单向走线逻辑电平信号一样，可以解决信号传输的延迟问题。同时，PWM信号为由输出端向接收端单向传送的信号，将输出端输出的PWM信号与接收端接收的PWM信号进行比较，则可以在一个周期内检测出当前线路的开路、短路以及干扰等故障情况，不仅实现了与发送心跳数据包相同的线路感知作用，又可以在一个周期内对线路当前状态进行反应，显著降低了处理器和系统的负荷；

为光伏逆变器的各个组件模块的输入端和输出端配置不同的脉冲宽度调制信号传输频率，又或是根据模块类型分配不同的脉冲宽度调制信号频率，则不同频率的PWM信号线相互短路时，由于组件模块间的这种频率差异，反应到脉冲宽度调制信号上是该组件模块接收端接收的PWM信号的频率为与两组件模块输入端和/或输出端的PWM频率都不相同，则此时可以在一定周期内对当前线路输入输出信号短路故障状态迅速做出反应，实现信号线状态的实时检测；

为光伏逆变器的各个组件模块配置相同的频率并配置多条用于输出的信号线，每一信号线具有不同的相位角，对于任意两信号线之间之间PWM信号叠加后产生相位差，根据接收端接收的占空比信号的电平位于的区间，并根据比较当前两模块输出信号的相位角的大小和高电平区间，从而在一个周期内对PWM信号的异常做出反应，实现信号线状态的实时检测；

4、实际运用中，只需要约定通讯模块间的频率参数，而不再受总线传输的标准协议的条件约束，显著减少了系统资源的占用，有效提高了系统的可靠性，对线路和数据信号进行实施检测，避免出现异常状况时，信号线传输错误信号，改善系统安全性。

以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。