CN103995526B - 基于can总线的电源控制器模拟量参数标定系统及方法 - Google Patents

基于can总线的电源控制器模拟量参数标定系统及方法 Download PDF

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许宝立
王凤国
马荣华
刘健
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北京航天发射技术研究所
中国运载火箭技术研究院
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Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定系统,包括电流电压基准源,信号采集调理电路,单片机,CAN总线通信电路,铁电存储器以及上位机;电流电压基准源连接所述信号采集调理电路的输入端;信号采集调理电路的输出端连接所述单片机的A/D采样通道输入端;单片机的双CAN总线模块输出所述单片机的处理数据,其输出端连接至所述CAN总线通信电路并与其进行双向通信,所述CAN总线通信电路还连接至所述上位机,并与所述上位机进行双向通信。所述单片机通过相应管脚与所述铁电存储器相连。本发明还提供了一种基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定方法,简化了参数标定过程,提高了参数标定过程的精确度和智能性。

Description

基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及供配电的电源技术领域,尤其涉及一种基于CAN总线的电源控制器模 拟量参数标定方法。
背景技术
[0002] 为了适应不同的应用场合,电源除了电力变换以外,也在朝数字化、智能化、多功 能化发展。在电源内部安装控制器,不仅可以实时检测电源电压及电流信号并通过总线上 传,还可以接收上位机指令,对电源实现远程控制,例如调压、通断控制,而实现这些功能的 基础就是要求电源电流电压这些模拟量的采集必须准确,否则调压就可能达不到精度要 求,而且有时会造成误认为电源故障。
[0003] 目前,已经有电源控制器的模拟量标定的技术,一般采用线性拟合法,通过多组电 流电压信号进行采样比较,通过手工计算得出标定系数,然后更改源程序,将该系数固化到 程序中。这种方法的缺点或不足主要有:操作步骤比较麻烦,需要外接基准电压或电流源及 调试用计算机和软件,调试前和调试后都需要烧写软件,步骤麻烦,费时较长;另外,这种方 法对人员素质要求较高,调试人员需懂得控制器软件编译环境、调试方法及烧写步骤,而且 在标定的过程中,需要人工判断标定系数是否满足要求,这对于普通工人来说要求较高,不 利于批量生产;同时,源程序技术状态无法控制,不同硬件对应的源程序也不同,硬件互换 性很差,也不利于软件管理。
[0004] 控制器局域网CAN (Controller Area Network)是一种现场总线,主要用于各种过 程(设备)的监测和控制。其组网的灵活性和便捷性、通信的高效性和可靠性及低廉的成本 使其应用领域不再局限于汽车工业,而逐渐向工业制动、电力系统等领域发展,并已成为工 业数据通讯的主流技术之一。如果将CAN总线技术融入电源模拟量参数标定之中,将使得电 源模拟量参数标定简单易操作、并且精度高、智能性强。
[0005] 因此,设计一种基于CAN总线的既能准确对模拟量进行参数标定,又方便操作的电 源控制器的模拟量标定方法是很有必要的。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种简单、快捷、准确地对电源控制器模拟量进行参数标 定的系统。
[0007] 为了达到上述目的,本发明提供了一种基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标 定系统,包括电流电压基准源,信号采集调理电路,单片机,CAN总线通信电路,铁电存储器 以及上位机。
[0008] 所述电流电压基准源连接所述信号采集调理电路的输入端;
[0009] 所述信号采集调理电路的输出端连接所述单片机的A/D采样通道输入端;
[0010] 所述单片机的双CAN总线模块输出所述单片机的处理数据,其输出端连接至所述 CAN总线通信电路并与其进行双向通信,所述CAN总线通信电路还连接至所述上位机,并与 所述上位机进行双向通信。所述单片机通过相应管脚与所述铁电存储器相连。
[0011]所述信号采集调理电路包括运算电路、线性隔离电路以及信号跟随电路。
[0012] 所述CAN总线通信电路包括隔离电路以及CAN总线收发电路。
[0013] 所述线性隔离电路以及所述隔离电路用于实现电气隔离,增强系统稳定性。
[0014] 所述CAN总线收发电路用于在上位机与单片机控制器之间转换和传送分别与之匹 配的信号。
[0015] 优选地,所述单片机采用英飞凌16位单片机XC164;
[0016] 优选地,所述运算电路采用双通道运算放大器0P727为核心;
[0017] 优选地,所述线性隔离电路采用光电耦合器HCNR201为核心;
[0018] 优选地,所述隔离电路采用高速光电耦合器IS07221BD为核心;
[0019] 优选地,所述CAN总线收发电路采用PCA82C250为核心;
[0020] 优选地,所述铁电存储器采用FM25640-G。
[0021] 本发明还提供了一种基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定方法,包括以下 步骤:
[0022] 创建和连接本发明提供的基于CAN总线的电源参数标定系统,在所述单片机中烧 写模拟量参数标定软件,其可采用线性拟合法对标定系数进行计算;
[0023] 操作人员通过上位机向系统发出参数标定指令;
[0024] 标定指令信号首先经过以高速光耦IS07221BD为核心的隔离电路进行隔离,然后 经过CAN总线收发电路PCA82C250转换成与单片机中双CAN总线模块相匹配的信号;
[0025] 转换后的信号传送至单片机内;
[0026] 所述单片机通过所述信号采集调理电路采集所述电流电压基准源的数据;
[0027] 所述电流电压基准源的信号依次通过运算电路和线性隔离电路传送至所述单片 机的A/D采样通道;
[0028] 该数据进入单片机A/D采样通道进行A/D转换,当所有路转换结果满足误差要求 后,通过上位机发送第一次标定命令;
[0029] 所述铁电存储器存储第一次标定结果;
[0030] 所述上位机发送第二次标定指令,依据上述过程,所述铁电存储器存储第二次标 定结果;
[0031] 所述单片机采用线性拟合法对标定系数进行计算处理;
[0032] 完成标定后,所有标定系数都按地址存入铁电存储器的不同存储区,至少进行三 次标定系数计算并存入三个不同的存储区;
[0033] 使用读取数据比较法判断所述三个标定系数,至少两个相同时刻使用,否则数据 不可用,需要重新读取数据计算标定系数。
[0034] 本发明不仅简化了电源控制器模拟量标定的操作步骤,也降低了操作难度,提高 了电源控制器模拟量参数标定的精度和自动化程度,有利于提高产品性能、降低生产成本。
附图说明
[0035] 图1为本发明的系统结构图;
[0036] 图2为本发明的信号采集调理电路示意图;
[0037] 图3为本发明的CAN总线通信电路示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述:
[0039] 如图1所示,本发明基于CAN总线的电源模拟量参数标定系统的实施例包括电流电 压基准源1,信号采集调理电路2,单片机3,CAN总线通信电路4,铁电存储器5以及上位机6。
[0040] 电流电压基准源1连接信号采集调理电路2的输入端;
[0041] 信号采集调理电路2的输出端连接单片机3的A/D采样通道输入端;
[0042] 单片机3的双CAN总线模块输出单片机的处理数据,其输出端连接至CAN总线通信 电路4并与其进行双向通信,CAN总线通信电路4还连接至上位机6,并与上位机6进行双向通 {目。
[0043] 单片机3通过相应管脚与铁电存储器5相连。
[0044] 其中,信号采集调理电路2包括运算电路21、线性隔离电路22以及信号跟随电路 23〇
[0045] CAN总线通信电路4包括隔离电路41以及CAN总线收发电路42。
[0046] 线性隔离电路22以及隔离电路41用于实现电气隔离,增强系统稳定性。
[0047] CAN总线收发电路42用于在上位机6与单片机3控制器之间转换和传送分别与之匹 配的信号。
[0048] 如图2所示,本实施例的信号采集调理电路2包括依次相连的运算电路21、线性隔 离电路22以及信号跟随电路23。
[0049] 运算电路21包括若干电阻、若干电容、第一运算放大器24、第二运算放大器25;第 一运算放大器24的输出端连接第二运算放大器25的输入端;
[0050] 线性隔离电路22包括光电耦合器26,采用型号为HCNR201。运算电路22的电源输入 端Vout、第二运算放大器25的输出端、第一运算放大器24的输出端分别连接光电親合器26 的4、1、3管脚。
[0051] 信号跟随电路23包括第三运算放大器27、第四运算放大器28以及反向相互并联的 二极管电路29。第三运算放大器27的输出端连接第四运算放大器28的输入端,第四运算放 大器28的输出端连接至反向相互并联的二极管电路29。
[0052] 第一运算放大器的输入端通过电阻RU电阻R4连接电源端;其另一输入端通过电 阻R7连接输出端;第一运算放大器的输出端还通过电阻R5连接第二运算放大器的输入端; 第二放大器的输入端还通过电容C5连接第二运算放大器的输出端;第二运算放大器的输入 端与输出端分别连接光电親合器HCNR201的1、3管脚;光电親合器的4管脚通过电阻R6、R4连 接至电源端;光电親合器的5、6管脚分别连接第三放大器的输入端,第三运算放大器的输入 与输出端之间连接有并联的电阻R2与电容C2,第三运算放大器的输出端连接第四运算放大 器的输入端,第四运算放大器的另一输入端连接其输出端,第四运算放大器的输出端连接 电阻R8。
[0053] 本实施例中第一运算放大器24、第二运算放大器25、第三运算放大器27、第四运算 放大器28皆采用0P727AR。
[0054] 如图3所示,本实施例的CAN总线通信电路包括相互连接的隔离电路41和CAN总线 收发电路42。
[0055] 隔离电路41包括高速光电耦合器43,其采用型号IS072 21BD,其1、8管脚连接电源, 其4、5管脚接地;其6、7管脚连接CAN总线收发电路42。
[0056] CAN总线收发电路42包括CAN总线收发器44,其采用型号为PCA82C250,其输出端还 连接有用于稳压、滤波的电容以及肖特基二极管电路45。
[0057] 控制器的输出端连接CAN总线收发电路的隔离器件13的2、3管脚,隔离器件13的5、 8管脚分别连接电源和接地,其6、7管脚分别连接CAN总线收发器件PCA82C251T的1、4管脚, CAN总线收发器件PCA82C251T的3、8管脚分别接电源,2、5管脚接地,其6、7管脚分别为CAN输 出端,CAN总线收发器件PCA82C251T的6、7管脚还分别通过电容C11、C12接地。
[0058] 本实施例提供的一种基于CAN总线的电源参数标定方法,包括以下步骤:
[0059] 创建和连接本发明提供的基于CAN总线的电源参数标定系统,在单片机中烧写模 拟量参数标定软件,其可采用线性拟合法对标定系数进行计算;
[0060] 操作人员通过上位机向系统发出参数标定指令;
[0061] 标定指令信号首先经过以高速光耦IS07221BD为核心的隔离电路进行隔离,然后 经过CAN总线收发电路PCA82C250转换成与单片机中双CAN总线模块相匹配的信号;
[0062] 转换后的信号传送至单片机内;
[0063] 单片机通过信号采集调理电路采集所述电流电压基准源的数据;
[0064] 电流电压基准源的信号依次通过运算电路和线性隔离电路传送至单片机的A/D采 样通道;
[0065] 该数据进入单片机A/D采样通道进行A/D转换,当所有路转换结果满足误差要求 后,通过上位机发送第一次标定命令;
[0066] 铁电存储器存储第一次标定结果;
[0067] 上位机发送第二次标定指令,依据上述过程,铁电存储器存储第二次标定结果;
[0068] 单片机采用线性拟合法对标定系数进行计算处理;
[0069] 完成标定后,所有标定系数都按地址存入铁电存储器的不同存储区,至少进行三 次标定系数计算并存入三个不同的存储区;
[0070] 使用读取数据比较法判断所述三个标定系数,至少两个相同时刻使用,否则数据 不可用,需要重新读取数据计算标定系数。
[0071] 本实施例中,在单片机内设计数据处理模块时,采用线性拟合法对标定系数进行 计算。如某采样基准电压,单片机根据软硬件理想参数计算应得到理论计算值y2,但实际测 量计算得到的数值为yi,理论计算数值y2与实际测量计算值yi存在一定的误差,这是由于硬 件元器件参数个体差异导致的,y4Pyi之间为线性关系:
[0072] y2=myi+n (I)
[0073] 式中m为比例增益;η为偏移量。
[0074] 通过两组理论计算值与实际测量计算值(yn,y2i)、(yi2,y22),便可以计算出m与η,
Figure CN103995526BD00071
[0075] 电源控制器工作过程中,软件得到实际测量计算值yi,经过式(1)中增益和偏移量 的修正标定,得到与理论计算值y2基本相吻合的目标值,减小偏离误差。
[0076]以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进 行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1. 一种基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定方法,其特征在于,包括以下步骤: 创建和连接基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定系统; 基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定系统包括电流电压基准源(1),信号采集调 理电路⑵,单片机⑶,CAN总线通信电路(4),铁电存储器⑸以及上位机⑹; 所述电流电压基准源连接所述信号采集调理电路⑵的输入端; 所述信号采集调理电路⑵的输出端连接所述单片机⑶的A/D采样通道输入端; 所述单片机(3)的双CAN总线模块输出所述单片机(3)的处理数据,其输出端连接至所 述CAN总线通信电路(4)并与其进行双向通信,所述CAN总线通信电路(4)还连接至所述上位 机(6),并与所述上位机⑹进行双向通信; 所述单片机⑶通过相应管脚与所述铁电存储器⑸相连; 所述信号采集调理电路(2)包括运算电路(21)、线性隔离电路(22)以及信号跟随电路 (23); 所述CAN总线通信电路⑷包括隔离电路(41)以及CAN总线收发电路(42); 所述线性隔离电路(22)以及所述隔离电路(41)用于实现电气隔离,增强系统稳定性; 所述CAN总线收发电路(42)用于在上位机⑹与单片机(3)控制器之间转换和传送分别 与之匹配的信号; 在所述单片机(3)中烧写模拟量参数标定软件,其可采用线性拟合法对标定系数进行 计算; 操作人员通过上位机⑹向系统发出参数标定指令; 标定指令信号首先经过以高速光电耦合器IS07221BD为核心的隔离电路(41)进行隔 离,然后经过CAN总线收发电路(42)转换成与单片机(3)中双CAN总线模块相匹配的信号; 转换后的信号传送至单片机⑶内; 所述单片机⑶通过所述信号采集调理电路⑵采集所述电流电压基准源⑴的数据; 所述电流电压基准源(1)的信号依次通过运算电路(21)和线性隔离电路(22)传送至所 述单片机⑶的A/D采样通道; 该数据进入单片机⑶A/D采样通道进行A/D转换,当所有路转换结果满足误差要求后, 通过上位机(6)发送第一次标定命令; 所述铁电存储器⑸存储第一次标定结果; 所述上位机(6)发送第二次标定指令,依据上述过程,所述铁电存储器(5)存储第二次 标定结果; 所述单片机⑶采用线性拟合法对标定系数进行计算处理; 完成标定后,所有标定系数都按地址存入铁电存储器(5)的不同存储区,至少进行三次 标定系数计算并存入三个不同的存储区; 使用读取数据比较法判断所述三个标定系数,至少两个相同时刻使用,否则数据不可 用,需要重新读取数据计算标定系数。
2. 根据权利要求1所述的基于CAN总线的电源控制器模拟量参数标定方法,其特征在 于, 所述单片机⑶采用英飞凌16位单片机XC164; 所述运算电路(21)以双通道运算放大器0P727为核心; 所述线性隔离电路(22)以光电耦合器HCNR201为核心; 所述隔离电路(41)以高速光电耦合器IS07221BD为核心; 所述CAN总线收发电路(42)以PCA82C250为核心; 所述铁电存储器⑸采用FM25640-G。
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