CN104483520A - 一种自定义增量信号发生器及校验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自定义增量信号发生器，包括数据输入模块，用于向微控制器输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间；微控制器，用于通过起始点或折点以及各相邻两点之间的运行时间，计算各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据单位时间内的增量、起始点或折点计算出各单位时间输出值，并将单位时间输出值输出；D/A数模转换器，用于接收单位时间输出值,将其由数字量转化为模拟量。本发明还公开了一种包括上述自定义增量信号发生器的校验仪。本发明提供的自定义增量信号发生器，在同一信号源输出过程中，能提供多段具有不同增量的信号，满足了对信号速率保护逻辑的性能测试和验证。

Description

一种自定义增量信号发生器及校验仪

技术领域

本发明涉及信号发生领域，特别是涉及一种自定义增量信号发生器，本发明还涉及一种包括上述自定义增量信号发生器的校验仪。

背景技术

在工业生产过程中，因为要防止由于检测信号回路的故障导致系统误操作情况的发生，所以常常需要对特定的关键模拟量信号进行检测。例如在DCS(Distributed Control System，即集散控制系统)系统中，热电阻、热电偶信号在断线的瞬间，可能会导致显示温度的虚假升高，有时甚至会超过设备的报警值，从而引起设备的误动作。为了解决这类问题，DCS系统设置了信号速率保护逻辑，对关键模拟量信号进行检测，当关键模拟量信号的变化速率超过设定值时，就判断为信号断线引起，不再执行保护动作。但是，若设定值设置的过低，可能会导致实际信号快速升高，可信号保护逻辑却误判为信号断线，例如，温度速率保护逻辑的目的是为了防止因温度信号突然断线而引起的设备误跳闸，但如果温度速率保护的动作值过低，温度速率保护逻辑会将温度实际快速升高误判为温度信号断线，这将导致设备温度保护拒动，从而造成严重后果。因此，有必要对信号速率保护逻辑进行测试，然而，这种信号速率保护逻辑因为缺乏测试手段而一直无法得到可靠性验证，对于系统而言也就存在不确定的隐患。

为了对这种信号速率保护逻辑进行测试，首先需要提供能够模拟这种具有增量变化的关键模拟量信号，即需要能够产生自定义增量(即自定义变化速率)信号的信号发生器，而现有的信号发生器并不具备输出自定义增量信号的功能；现有的函数发生器虽然能够输出有增量的三角波信号，但是三角波信号的增量是不可变的，不能输出具有多段不同增量的信号，即增量也是不可自定义的。

因此，如何有效提供一种能够产生并输出自定义增量信号的信号发生器是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自定义增量信号发生器，在同一信号源输出过程中，能提供多段具有不同增量的信号，满足了对工业系统设置的信号速率保护逻辑的性能进行测试和验证的需求。本发明的另一目的是提供一种包括上述自定义增量信号发生器的校验仪。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自定义增量信号发生器，包括：

数据输入模块，用于向微控制器输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间，其中，所述N为不小于1的正整数；

微控制器，用于通过所述起始点或所述折点以及各所述相邻两点之间的运行时间，计算各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据所述单位时间内的增量、所述起始点或所述折点计算出各单位时间输出值，并将所述单位时间输出值输出；

D/A数模转换器，用于接收所述单位时间输出值,将其由数字量转化为模拟量；

信号输出端口，用于将所述模拟量输出。

优选的，所述信号发生器还包括信号调理电路，用于对所述D/A数模转换器向所述信号输出端口输出的所述模拟量进行放大。

优选的，所述信号发生器还包括信号切换电路，用于将经过所述信号调理电路放大后的所述模拟量按照信号类别和大小输送到对应的所述信号输出端口。

优选的，所述信号发生器还包括环境温度传感器，用于采集所述信号发生器内的环境温度，并将采集到的温度信号传递至所述微控制器。

优选的，所述微控制器还用于依据所述环境温度传感器传送的所述温度信号对所述单位时间输出值进行矫正。

优选的，所述矫正过程具体为：

将所述单位时间输出值换算成20℃时对应的单位时间输出值，得到矫正后的单位时间输出值。

优选的，所述信号发生器还包括供电控制电路，用于当所述信号发生器外接电源时，控制所述外接电源向充电电池充电。

优选的，所述信号发生器还包括电量检测芯片，用于实时采集所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息，并将所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息传送至所述微控制器。

优选的，所述微控制器还用于依据所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息计算出电池容量并传送至液晶显示屏上显示，并控制所述供电电路的开关的闭合。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种自定义增量信号校验仪，包括上述任一种的自定义增量信号发生器。

本发明提供了一种自定义增量信号发生器，不同于以往的信号发生器，本发明首先通过向微控制器输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间，然后通过这些数据计算出各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据单位时间内的增量、起始点或折点计算出各单位时间输出值，由D/A数模转换器将各单位时间输出值由数字量转化为模拟量并送至信号输出端口输出。由于自定义增量信号的起点、折点、终点以及各相邻两点间的运行时间均是可变的，因此各单位时间输出值也是可变的，最终使得输出信号的增量是可变的。本发明提供的信号发生器，能够实现人为的改变信号的增量，在同一信号源输出过程中，能提供多段具有不同增量的信号，满足了对工业系统设置的信号速率保护逻辑的性能进行测试和验证的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种自定义增量信号发生器的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种自定义增量信号发生器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种自定义增量信号校验仪的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种自定义增量信号发生器，在同一信号源输出过程中，能提供多段具有不同增量的信号，满足了对工业系统设置的信号速率保护逻辑的性能进行测试和验证的需求。本发明的另一核心是提供一种包括上述自定义增量信号发生器的校验仪。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，图1为本发明提供的一种自定义增量信号发生器的结构示意图，该信号发生器包括：

数据输入模块10，用于向微控制器20输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间，其中，N为不小于1的正整数；

可以理解的是，首先通过数据输入模块10将自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间输入到微控制器20，这里的起始点、折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间均为根据实际情况人为自定义的具体数值，折点个数也是人为自定义的，各相邻两点的数值差以及运行时间决定着两点之间的增量即斜率，折点个数决定着输出信号源由几段不同增量的信号组成。

值得注意的是，这里的数据输入模块10可以为按键，但并不仅限于按键，例如还可以为触摸屏等，在此不作特别的限定,能实现本发明目的的数据输入模块10均在本发明的保护范围之内。

微控制器20，用于通过起始点或折点以及各相邻两点之间的运行时间，计算各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据单位时间内的增量、起始点或折点计算出各单位时间输出值，并将单位时间输出值输出；

可以理解的是，微控制器20在接收到数据输入模块10输入的数据后，开始对数据进行处理，微控制器20首先根据相邻两点的数值差以及两点之间的运行时间计算得到两点之间单位时间内的增量，然后再根据单位时间内的增量、起始点或者折点计算出单位时间输出值，并将单位时间输出值传送至D/A(Digital to Analog Converter，即数/模转换器)数模转换器30。

D/A数模转换器30，用于接收单位时间输出值,将其由数字量转化为模拟量；

可以理解的是，D/A数模转换器30在接收到单位时间输出值后对其进行数模转换，将其由数字量转换为模拟量。

值得注意的是，为了使得输出信号能够快速通过D/A数模转换器30得到转换并输出，可以加快微控制器20的单位时间输出值的输出速度。另外,为了提高D/A数模转换器30的转换精度，可以选用多位D/A数模转换器30，例如12位D/A数模转换器，当然，这里对具体选用多少位的D/A数模转换器30不作特别的限定，由具体实际情况而定，实现不同分辨率的D/A数模转换器30均在本发明的保护范围之内。

信号输出端口40，用于将模拟量输出。

可以理解的是，信号输出端口40包括电压输出端口、电流输出端口、频率输出端口、电阻输出端口以及公共端口，具体选用什么信号输出端口由信号的类型来决定。

本发明提供了一种自定义增量信号发生器，不同于以往的信号发生器，本发明首先通过向微控制器输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间，然后通过这些数据计算出各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据单位时间内的增量、起始点或折点计算出各单位时间输出值，由D/A数模转换器将各单位时间输出值由数字量转化为模拟量并送至信号输出端口输出。由于自定义增量信号的起点、折点、终点以及各相邻两点间的运行时间均是可变的，因此各单位时间输出值也是可变的，最终使得输出信号的增量是可变的。本发明提供的自定义增量信号发生器，能够实现人为的改变信号的增量，在同一信号源输出过程中，能提供多段具有不同增量的信号，满足了对工业系统设置的信号速率保护逻辑的性能进行测试和验证的需求。

实施例二

请参照图2，图2为本发明提供的另一种自定义增量信号发生器的结构示意图，该信号发生器在图1所示信号发生器的结构基础上，还包括：

信号调理电路50，用于对D/A数模转换器30向信号输出端口输出40的模拟量进行放大。

可以理解的是，信号调理电路50的作用是将D/A数模转换器30输出的模拟量进行放大，达到预先设定的要求，并将模拟量信号输出。

值得注意的是，本发明中的信号调理电路50包括一组运算放大电路，用来对D/A数模转换器30输出的模拟量进行放大，达到预先设定的要求，当然，本发明也并不仅限于这种结构的信号调理电路50，能实现将D/A数模转换器30输出的模拟量进行放大的信号调理电路50均在本发明的保护范围之内。

进一步的，信号发生器还包括信号切换电路60，用于将经过信号调理电路50放大后的模拟量按照信号类别和大小输送到对应的信号输出端口40。

可以理解的是，信号的大小和类型不同，信号的输出端口也不同，因此信号发生器根据输入模拟量信号的大小和类型的不同，将模拟量信号传送到相应的输出端口。

更进一步的，信号发生器还包括环境温度传感器70，用于采集信号发生器内的环境温度，并将采集到的温度信号传递至微控制器20。

可以理解的是，环境温度传感器70首先采集信号发生器内的环境温度，并将采集到的温度信号传送至微控制器20。

更进一步的，微控制器20还用于依据环境温度传感器70传送的温度信号对单位时间输出值进行矫正。

可以理解的是，微控制器20在接收到环境温度传感器70接收到的温度信号时，将采集到的温度信号与基准温度信号作比较，并由此来利用预先设定好的温度补偿系数对单位时间输出值进行温度补偿，即矫正。

值得注意的是，这里的基准温度信号是预先已经设定好的，在此基准温度下时，电信号数值受环境温度影响达到最小，信号数值最精确，因此，由于环境温度对电信号影响所引起的误差可以通过微控制器20对其进行的温度矫正而消除，提高了输出信号的精确性。

另外，这里并不仅限于对单位时间输出值进行矫正，还可以刚开始便对数据输入模块10输入自定义增量信号的起始点、折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间数值进行矫正，在此不做特别的限定，能实现本发明目的的温度矫正均在本发明的保护范围之内。

更进一步的，矫正过程具体为：

将单位时间输出值换算成20℃时对应的单位时间输出值，得到矫正后的单位时间输出值。

可以理解的是，上述基准温度设置为20℃，即在信号发生器内环境温度为20℃时，检验仪处理得到的信号数值受环境温度影响达到最小。因此，将环境温度传感器70采集到的温度与20℃作比较，并利用对应情况下的温度补偿系数对单位时间输出值进行温度补偿，即矫正，得到矫正后的单位时间输出值，使得由于环境温度对电信号影响所引起的误差可以通过微控制器20对其进行的温度矫正而消除，提高了输出信号的精确性。

更进一步的，信号发生器还包括供电控制电路80，用于当信号发生器外接电源90时，控制外接电源90向充电电池102充电。

可以理解的是，当信号发生器外接有电源时，且信号发生器需要充电时，外接电源90通过供电控制电路80控制向充电电池102充电。

更进一步的，信号发生器还包括电量检测芯片101，用于实时采集充电电池102的电压、充放电电流以及温度信息，并将充电电池的电压、充放电电流以及温度信息传送至微控制器20。

可以理解的是，在充电电池102处还有电量检测芯片101，能够实时的采集充电电池的电压、充放电电流以及温度信息，并实时的将这些信息传送至微控制器20。

在这里，由电量检测芯片101和充电电池102共同组成了充电模块100。

值得注意的是，这里并不仅限于电量检测芯片101，能实现可以实时的采集充电电池102的电压、充放电电流以及温度信息，并实时的将这些信息传送至微控制器20这一功能的部件均在本发明的保护范围之内。

更进一步的，微控制器20还用于依据充电电池102的电压、充放电电流以及温度信息计算出电池容量并传送至液晶显示屏110上显示，并控制供电电路80的开关的闭合。

可以理解的是，微控制器20在接收到电量检测芯片101传送的充电电池的电压、充放电电流以及温度信息后，对这些信息进行处理计算得到电池容量，并将电池容量传送至液晶显示屏110上显示，当电池充满时，控制供电控制电路80的开关断开，停止向充电电池102充电。

本发明提供了一种自定义增量信号发生器，在能够实现本发明实施例一所提供的信号发生器所能实现的功能外，还增加了信号调理电路、信号切换电路以及环境温度传感器，实现了对D/A数模转换器输出的模拟量进行放大、根据输入模拟量信号的大小和类型的不同，将模拟量信号传送到相应的输出端口的功能，并通过微控制器对电信号进行温度修正，使得由于环境温度对电信号影响所引起的误差可以通过微控制器对其进行的温度矫正而消除，提高了输出信号的精确性。

请参照图3，图3为本发明提供的一种自定义增量信号校验仪的结构示意图。本发明所提供的一种自定义增量信号校验仪，除了包括上述任一个实施例所描述的自定义增量信号发生器外，还包括信号输入端口、信号切换和保护电路、信号调理电路、A/D模数转换器、数据通信、基准模块、供电系统、24V电源以及供电开关，具体功能可参照现有技术，本文不再展开。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自定义增量信号发生器，其特征在于，包括：

数据输入模块，用于向微控制器输入自定义增量信号的起始点、第一折点、第二折点直至第N折点、终点以及各相邻两点之间的运行时间，其中，所述N为不小于1的正整数；

微控制器，用于通过所述起始点或所述折点以及各所述相邻两点之间的运行时间，计算各相邻两点之间单位时间内的增量，再根据所述单位时间内的增量、所述起始点或所述折点计算出各单位时间输出值，并将所述单位时间输出值输出；

D/A数模转换器，用于接收所述单位时间输出值,将其由数字量转化为模拟量；

信号输出端口，用于将所述模拟量输出。

2.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述信号发生器还包括信号调理电路，用于对所述D/A数模转换器向所述信号输出端口输出的所述模拟量进行放大。

3.如权利要求2所述的信号发生器，其特征在于，所述信号发生器还包括信号切换电路，用于将经过所述信号调理电路放大后的所述模拟量按照信号类别和大小输送到对应的所述信号输出端口。

4.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述信号发生器还包括环境温度传感器，用于采集所述信号发生器内的环境温度，并将采集到的温度信号传递至所述微控制器。

5.如权利要求4所述的信号发生器，其特征在于，所述微控制器还用于依据所述环境温度传感器传送的所述温度信号对所述单位时间输出值进行矫正。

6.如权利要求5所述的信号发生器，其特征在于，所述矫正过程具体为：

将所述单位时间输出值换算成20℃时对应的单位时间输出值，得到矫正后的单位时间输出值。

7.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述信号发生器还包括供电控制电路，用于当所述信号发生器外接电源时，控制所述外接电源向充电电池充电。

8.如权利要求7所述的信号发生器，其特征在于，所述信号发生器还包括电量检测芯片，用于实时采集所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息，并将所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息传送至所述微控制器。

9.如权利要求8所述的信号发生器，其特征在于，所述微控制器还用于依据所述充电电池的电压、充放电电流以及温度信息计算出电池容量并传送至液晶显示屏上显示，并控制所述供电电路的开关的闭合。

10.一种自定义增量信号校验仪，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的自定义增量信号发生器。