CN102628907A - 电子设备断电持续时间的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子设备断电持续时间的检测方法，建立温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，上电后通过安装在电子设备上的各温度传感器采集各温度初始值并经模数转换模块传至微处理器，根据本次上电时间并通过存入的曲线模型计算出电子设备本次温度传感器读数线性综合值并存储，作为计算此后断电持续时间的依据；当电子设备断电再次上电后，各将温度传感器重新采集各温度初始值，微处理器读取前一次存入的温度传感器读数线性综合值计算得到本次断电持续时间并保存，并根据本次上电时间计算出本次的温度传感器读数线性综合值再作为计算此后断电持续时间的依据。本发明不受放电时间限制，计时准确，不会影响电子设备本身性能。

Description

电子设备断电持续时间的检测方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备断电持续时间的检测方法，属于电子设备断电持续时间检测技术领域。

背景技术

目前，对于多种类的电子设备，如电子天平，电子秤，数字传感器等以及自动控制设备，广泛应用在各个行业。而这些电子设备由设备载体和印刷电路板以及线缆等附件组成。在一些电子设备的使用中，在接通电源时，需要知道设备断电持续时间，以用来做设备上电时的初始状态诊断和热变形误差补偿，或用来做上电后一段时间内的电子设备的预热补偿。尤其是在较频繁的断电上电情况下，记录电子设备的断电持续时间更为重要。

传统的记录断电持续时间的方法是使用RTC(实时时钟)来记录断电时间段。目前，RTC有两种，一种是一次性的电池供电的RTC，另一种是可多次使用的可充放电的RTC(又称超级电容)。

目前使用RTC(实时时钟)来记录断电时间段有以下缺点：

1)、由于RTC需要外部电路配合，增加了电路复杂程度和费用；

2)、RTC在记录断电时间时，需要不断的将时间点数据写入非易失性存储器中，对非易失性存储器的空间大小和读写寿命有很大影响，一旦非易失性存储器坏掉，RTC将失去计时功能；

3)、RTC在充电过程中，由于功耗大，会影响电子设备本身性能；

4)、由于RTC放电时间有限制，在完全没电时，不再具备计时功能；

5)、RTC在工作电压过低时，计时将不准确，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的提供一种不受放电时间限制，计时准确，不会影响电子设备本身性能的电子设备断电持续时间的检测方法。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种电子设备断电持续时间的检测方法，其特征在于：

(1)、建立温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，将其写入微处理器内固化，所述的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型为：

$\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t/C_i)})]$

其中，ST为温度传感器读数的线性综合值；

n为温度传感器数量，n≥2，

k_i为温度值综合系数，k_i控制在＜0～-1，＞0～1；

a_0i为温度传感器采集的温度初始值；

a_1i为温度传感器输出比例系数，a_1i控制在＜0～-200，＞0～200；

C_i为时间常数，C在1～10000；

t为上电时间或断电持续时间(s)，其中上电时间用tp表示，断电持续时间用to表示；

(2)、电子设备安装有用于检测电子设备温度的至少一个温度传感器和用于检测印刷电路板温度的至少一个温度传感器；

(3)、在电子设备上电后，各温度传感器将采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i进行滤除干扰信号处理，同时微处理器记录本次上电时间tp，微处理器通过存入的曲线模型计算出电子设备的本次温度传感器读数线性综合值ST，将温度传感器读数线性综合值ST存储在微处理器内，作为计算此后断电持续时间to的依据；

(4)、当电子设备断电后再次上电时，各将温度传感器重新采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i并进行滤除干扰信号处理，微处理器读取前一次存入的温度传感器读数线性综合值ST，并通过温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，计算得到本次断电持续时间to并保存，同时记录本次的上电时间tp，计算出电子设备本次的温度传感器读数线性综合值ST并存储在微处理器内，再作为计算此后断电持续时间to的依据，当断电持续时间to大于临界值时，断电持续时间to为临界值。

本发明将建立的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型固化在微处理器内，在电子设备通电后通过各温度传感器检测电子设置各测点的温度初始值，得到本次温度传感器读数线性综合值作为计算此后断电持续时间to的依据，在电子设备断电后再次上电时，通过各温度传感器对电子设备上重新检测而得到温度初始值，并读取上次存储的温度传感器读数线性综合值而计算得到本次电子设备的断电持续时间to，由于温度传感器直接连接于印刷电路板上，不需要外部电路配合，简单易行，且在电子设备通电后，只要印刷电路板正常工作，各温度传感器就可以正常工作，稳定性好，而在电子设备断电时不需要工作温度传感器也停止工作，故温度传感器使用寿命很长，没有RTC那样的放电时间限制。本发明通过微处理器在每次上电时读取各温度传感器的温度初始值，就能根据上一次的温度传感器读数线性综合值计算出本次电子设备的持续断电时间，不需要连续将数据写入非易失性存储器中，节约存储器资源，工作可靠性高。本发明没有RTC那样的充电放电过程，功耗较低，不会对印刷电路板以及电子设备整体性能产生影响。本发明通过建立的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，其上电时间tp与断电持续时间to采用同一个曲线模型，本次的持续断电时间采用上一次的温度传感器读数线性综合值，计算量小，软件实现难度不大，占用系统资源小，移植容易。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明电子设备断电持续时间的检测方法的流程图。

图2是本发明温度传感器线性综合值与时间关系的曲线图。

图3为本发明电子设备断电持续时间的检测方法用于电子称重设备的结构示意图。

图4为本发明电子设备断电持续时间的检测方法用于数控机床的结构示意图。

具体实施方式

见图1所示，本发明的电子设备断电持续时间的检测方法，

(1)、建立温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，将其写入微处理器内固化，该温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型为：

$\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t/C_i)})]$

n为温度传感器数量，n≥2，

k_i为温度值综合系数，k_i控制在＜0～-1，＞0～1；

a_0i为温度传感器采集的温度初始值；

a_1i为温度传感器输出比例系数，a_1i控制在＜0～-200，＞0～200；

C_i为时间常数，C在1～10000；

t为上电时间或断电持续时间(s)，其中上电时间用tp表示，即该曲线模型为 $\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t_p/C_i)})];$ 断电持续时间用to表示，即该曲线模型为 $\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t_o/C_i)})],$ 上述的k_i、a_1i以及C_i均由温度传感器器件而定。本发明的温度传感器安装的数量的不受限止，见图2所示，发明温度传感器线性综合值与时间关系的曲线图，不仅适用于上电情况下，同时适用于断电情况下，故而能减小计算量。

(2)、电子设备安装有用于检测电子设备温度的至少一个温度传感器和用于检测印刷电路板温度的至少一个温度传感器，温度传感器安装在电子设备的运动部位和发热部位，如图3所示，一个温度传感器安装在数字称重传感器上，另一个温度传感器安装在印刷电路板上，如图4所示，温度传感器分别安装在机床主轴、机床床身，X轴丝杆及其螺母、Y轴丝杆其及螺母、Z轴丝杆其及螺母上，能明显反映设备温度分布情况的点上，可以是电子设备外部，也可以安装在电子设备的内部，可根据各种结构的电子设备布设。

(3)、在电子设备上电后，各温度传感器将采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i进行滤除干扰信号处理，同时微处理器记录本次上电时间tp，微处理器通过存入的曲线模型计算出电子设备的温度传感器读数线性综合值ST，将温度传感器读数线性综合值ST存储在微处理器内，作为计算此后断电持续时间to的依据。

(4)、当电子设备断电后再次上电时，各将温度传感器重新采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i并进行滤除干扰信号处理，微处理器读取前一次存入的温度传感器读数线性综合值ST，并通过温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，计算得到本次断电持续时间to并保存，同时记录本次的上电时间tp，计算出电子设备本次温度传感器读数线性综合值ST并存储在微处理器内，再作为计算此后断电持续时间to的依据，以此循环，可准确计算得到每次的断电持续时间。当断电持续时间to大于临界值时，断电持续时间to为临界值，该断电持续时间to的临界值在1.5h-9h。

见图3所示，是将本发明的电子设备断电持续时间的检测方法用于电子称重设备，电子称重设备主要由传感器弹性体，电阻应变片桥路，印刷电路板组成，其中印刷电路板主要由微处理器、模数转换模块、外部存储器以及其它外围电路组成，电阻应变片桥路与传感器弹性体相连接，当重量加载传感器弹性体上时，传感器弹性体的变形量会转换为电阻应变片桥路的电压变化模拟量，这一模拟量发送到印刷电路板，经过模数转换模块转换成数字重量信号，此时的数字重量信号是含有噪声的重量信号，此数字重量信号会发送到微处理器中的内部存储器，之后送往数字重量信号处理模块进行数字信号处理成为稳定可靠的重量信号，最后稳定的重量信号由数字称重传感器送往显示终端。

本发明的电持续时间的检测方法应用在数字称重传感器的数字信号的预热补偿的应用中。根据国际标准OIML-R60和GB/T 7551-2008的规定，数字称重传感器有预热时间和预热指标的要求。在一些应用场合，要求电子秤或天平在接通电源之后能立即实现称重功能，这就要求数字称重传感器在接通电源后能正常工作，传感器预热误差不超过最大允许误差。在这种背景下，要求数字称重传感器能实现预热补偿。2号温度传感器固定于传感器弹性体上，采集传感器弹性体上的温度初始值，经由模数转换模块转换成温度数字信号，之后温度数字信号存储到微处理器的内部存储器中。1号温度传感器固定在印刷电路板上靠近微处理器的位置，采集印刷电路板上的温度初始值并转换成温度数字信号，之后温度数字信号发送到微处理器的断电时间检测模块中。将电持续时间的检测方法置入该断电时间检测模块，在数字称重传感器接通电源时，断电时间检测模块会同时读取来自温度传感器和内存中的温度传感器的温度初始值，并通过两温度传感器数值间的线性关系，计算出传感器的断电时间，输出给预热补偿模块，预热补偿模块接收到断电持续时间信号和数字重量信号后，会对重量信号进行预热补偿，消除预热对数字称重传感器的影响，补偿后的数字重量信号送往重量信号处理模块，进行温度补偿，蠕变补偿，滞后补偿或线性补偿等，最终成为高精度的重量信号，发送到显示终端，该显示终端可以是仪表、电子秤或其它显示设备。

该断电时间检测模块在数字称重传感器上电后，断电时间检测模块开始运行，开始采集印刷电路板上的1号温度传感器和固定在传感器弹性体上的2号温度传感器的温度初始值a₀₁和温度初始值a₀₂，采集频率不低于数字重量信号的更新频率，之后滤除干扰信号，尤其是高频干扰信号，归一化温度数据，便于浮点运算，同时断电时间检测模块9经微处理器记录上电时间tp，之后用

$\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t/C_i)})]$

计算温度传感器数值线性综合值，由于只采用两个温度传感器，此时温度传感器数值线性综合值 $\mathrm{ST}{=k}_1\·[a_{01}+a_{11}(1-1/e^{(t/C_1)})]+k_2\·[a_{02}+a_{12}(1-1/e^{(t/C_2)})]$ ，将计算到的温度传感器读数线性综合值ST存储在微处理器的内部存储器内，在再次上电时，作为计算此后断电持续时间to的依据。当称重设备断电并再次上电时，断电时间检测模块开始运行，重新采集固定在传感器弹性体上的2号温度传感器的温度初始值a₀₂和印刷电路板上1号温度传感器的温度初始值a₀₁，并读取存储在微处理器内存中的上一次温度传感器数值线性综合值ST以及两温度传感器的温度值综合系数k₁和k₂、两温度传感器输出比例系数a₁₁和a₁₂和两温度传感器时间常数c₁和c₂，即当ST、a_0i、a_1i、C_i以及k_i的值都确定后，采用同样的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，运用迭代法计算，如用牛顿迭代法可以计算出电子称重设备本次的断电持续时间to，并将此时间保存在外部存储器中，从而进行预热补偿。同时微处理器记录本次的上电时间tp，计算出电子称重设备本次的温度传感器读数线性综合值ST并存储在微处理器内，再作为计算此后断电持续时间to的依据，以此循环，准确计算得到每次的断电持续时间。本发明断电持续时间to的临界值在1.5h-2.5h，当断电持续时间to大于临界值1.5h或2h或2.5h，断电持续时间为1.5h或2h或2.5h。

本发明的电持续时间的检测方法不仅可以应用在数字称重传感器上，也可以应用在所有需要预热补偿的电子设备或高精度传感器上，如电子秤、电子天平、电子流量传感器、红外传感器或激光打印机等。

见图4是发明的电子设备断电持续时间的检测方法用于数控机床，数控机床主要由机床机械部件，印刷电路板和运动控制模块组成。机床机械部件是机床运动的执行部件，主要由机床主轴、机床床身、X轴丝杆及其螺母、Y轴丝杆其及螺母、Z轴丝杆其及螺母以及冷却模块等组成；印刷电路板用于热误差补偿及故障诊断，主要由微处理器、模数转换模块、外部存储器以及其它外围电路组成。当机床通电启动后，印刷电路板会判断机床状态是否正常，如果一切正常，数控机床开始正常工作，运动控制模块会接收来自印刷电路板的机床热误差补偿信号，将补偿后的运动控制量发送到执行部件，从而控制主轴等其它机械部件的准确运动，实现精确切削等机加工操作。

本发明的电持续时间的检测方法应用在数控机床的热变形误差简称热误差的补偿中。热误差是影响机床加工精度稳定性的关键因素，是数控机床等精密加工机械的最大误差源。由于数控机床在工作中不可避免的要发热，特别是在一些高速加工应用中，主轴速度和进给速度很高，使得机床结构的热变形和位置控制的跟踪误差增大。因此，数控机床，尤其是一些高精密的数控机床必须进行热误差补偿。数控机床通电启动后，一般要等待机床运转一段时间才能正常工作，而等待时间的长短与机床断电持续时间to有关。机床初始工作状态也与机床断电持续时间to有关，而热误差补偿必须考虑初始工作状态，从而必须考虑断电持续时间的影响。

2号温度传感器固定于机床主轴的合适位置上，采集机床主轴的温度初始值数控机床；3号温度传感器固定于机床床身的合适位置上，采集机床床身的温度初始值；4号温度传感器、5号温度传感器以及6号温度传感器分别固定于X，Y，Z轴丝杆及其螺母的合适位置上，分别采集X，Y，Z轴丝杆其及螺母的温度初始值；这些温度传感器采集到的温度初始值，经由模数转换模块转换成温度数字信号，之后温度数字信号存储到微处理器的内部存储器内。而1号温度传感器固定在印刷电路板上靠近微处理器的位置，采集印刷电路板上的温度初始值并转换成温度数字信号，之后温度数字信号发送到微处理器的断电时间检测模块中。

在数控机床接通电源时，断电时间检测模块会同时读取来自1号温度传感器的温度初始值和内部存储器中的2-6号温度传感器的各温度传器的各温度初始值，之后滤除干扰信号，尤其是高频干扰信号，归一化温度数据，便于浮点运算，同时断电时间检测模块经微处理器记录上电时间tp，之后用

$\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t/C_i)})]$

计算温度传感器数值线性综合值ST，此时温度传感器数量n为6个，将计算到的温度传感器读数线性综合值ST存储在微处理器的内部存储器内，作为计算此后断电持续时间to的依据。当数控机床断电并再次上电时，断电时间检测模块开始运行，重新采集固定在机床上2-6号温度传感器的各温度传器温度初始值和印刷电路板上1号温度传感器的温度初始值，并读取存储在微处理器内存中的上一次温度传感器数值线性综合值ST以及各温度传感器的综合系数k_i、输出比例系数a_1i以及时间常数C_i，即当ST，a_0i，a_1i，C_i，k_i的值都确定后，采用同样的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，运用迭代法计算，如牛顿迭代法可以计算出数控机床本次的断电持续时间to并保存在外部存储器中，并将各温度传感器的各温度初始值和断电持续时间to一起输出给机床状态诊断模块，机床状态诊断模块接收到本次的断电持续时间to以及来自于位移传感器的机床主轴变形量信号以及各温度传感器的温度数据后，会读取外部存储器中的诊断模型及参数对数控机床本次的运行状态进行诊断，判断机床状态是否正常，若本次状态不正常，则给出预警信息，并暂停机床的运转。若机床状态诊断模块判断机床本次状态正常，则将断电持续时间to，机床变形量以及各温度传感器的温度信息传输到机床热误差补偿模块，机床热误差补偿模块将读取外部存储器中保存的补偿模型及参数，并根据机床断电时间、各部件温度信息、机床初始变形量等信息计算出热误差补偿量。热误差补偿量送往机床数控系统，消除热变形对机床加工精度的影响，从而实现数控机床的精密加工的稳定性。

同时微处理器记录本次的上电时间tp，计算出数控机床本次的温度传感器读数线性综合值ST并存储在微处理器内，再作为计算此后断电持续时间to的依据以此循环，准确计算得到每次的断电持续时间。本发明断电持续时间to的临界值在5h-9h，当断电持续时间to大于临界值6h或7h或8h，断电持续时间为6h或7h或8h。

本发明在数控机床上电之初，通过分布在多个温度显著点的多个温度传感器间关系来计算数控机床断电持续时间to，从而进行热误差补偿的方法，不仅可以应用在数控机床上，也可以应用在所有需要热误差补偿的高精度加工机械电子设备上，如CNC加工中心，高精度机械臂等。

Claims (3)

1.一种电子设备断电持续时间的检测方法，其特征在于：

(1)、建立温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，将其写入微处理器内固化，所述的温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型为：

$\mathrm{ST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\·[a_{0i}+a_{1i}(1-1/e^{(t/C_i)})]$

其中，ST为温度传感器读数的线性综合值；

n为温度传感器数量，n≥2，

k_i为温度值综合系数，k_i控制在＜0～-1，＞0～1；

a_0i为温度传感器采集的温度初始值；

a_1i为温度传感器输出比例系数，a_1i控制在＜0～-200，＞0～200；

C_i为时间常数，C在1～10000；

t为上电时间或断电持续时间(s)，其中上电时间用tp表示，断电持续时间用to表示；

(2)、电子设备安装有用于检测电子设备温度的至少一个温度传感器和用于检测印刷电路板温度的至少一个温度传感器；

(3)、在电子设备上电后，各温度传感器将采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i进行滤除干扰信号处理，同时微处理器记录本次上电时间tp，微处理器通过存入的曲线模型计算出电子设备的本次温度传感器读数线性综合值ST，将温度传感器读数线性综合值ST存储在微处理器内，作为计算此后断电持续时间to的依据；

(4)、当电子设备断电后再次上电时，各将温度传感器重新采集的各温度初始值a_0i经模数转换模块传至微处理器，微处理器对读取的各温度初始值a_0i并进行滤除干扰信号处理，微处理器读取前一次存入的温度传感器读数线性综合值ST，并通过温度传感器读数线性综合值与时间关系的曲线模型，计算得到本次断电持续时间to并保存，同时记录本次的上电时间tp，计算出电子设备本次的温度传感器读数线性综合值ST并存储在微处理器内，再作为计算此后断电持续时间to的依据，当断电持续时间to大于临界值时，断电持续时间to为临界值。

2.根据权利要求1所述的电子设备断电持续时间的检测方法，其特征在于：所述温度传感器安装在电子设备的运动部位和发热部位。

3.根据权利要求1所述的电子设备断电持续时间的检测方法，其特征在于：所述断电持续时间to的临界值在1.5h-9h。

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