CN105675094B - 一种深度传感器自动校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深度传感器自动校准系统，属电子电路设计、单片机软件设计、通讯协议等领域。本发明采用同步控制技术，实现压力计(1)气压(理论深度)与深度测量单片机电路输出电压的同步采集，通过显示控制系统计算机自动读数处理，建立电压‑深度校准查找表，并实时下载到深度测量单片机中，完成水下设备的自动化深度校准，节省了人力和时间，有效解决了人工分步校准带来的效率低下的问题，并保证了校准的可靠性。

Description

一种深度传感器自动校准系统及校准方法

所属技术领域

本发明涉及一种深度传感器自动校准系统及其校准方法，属电子电路设计、单片机软件设计、通讯协议等领域。

背景技术

在水下检测设备中，换能器的布放深度受到严格限制。为了对深度定量考核，在换能器上方的电子水密舱(2)壳体上安装深度传感器(11)。深度传感器(11)将水深压力转化成电压输出到水密舱内的深度检测单片机电路(7)上。该电路板将电压值转换成深度值，经过水下信号传输电缆(5)传送到系统控制计算机上显示。深度检测单片机电路(7)程序中设有一个电压到深度的转换查找表，通过改变转换值可以对转化关系进行调整，深度校准就是对这个转换表进行调整更新。

深度传感器(11)是一个敏感器件，会随着温度、湿度等外界条件以及时间的积累，其基准值和线性系数会发生漂移。当漂移超出一定范围，若不进行校准，深度测量精度就不能满足要求。为了保证深度测量精度，需要对深度传感器(11)进行周期性校准。

目前，深度传感器(11)的校准方法是，用压力计(1)模拟水深产生压力作为深度传感器(11)的输入，深度检测单片机电路(7)输出一个对应压力的电压值，控制计算机读取电压值并进行记录。在有效深度范围内等步进选取若干点，建立一个初步电压与深度对应表，对该表插值后形成一个精步查找表，将深度检测单片机电路(7)中深度转换模块的旧表替换成新表，深度校准过程即完成。在这种独立分步工作方式下，至少需要两名工作人员同时配合才能进行校准工作。一人负责给压力计(1)打压，一人负责从压力计(1)和显示控制系统计算机上读取数据并记录。而每个深度传感器(11)需要读十次数据形成一组数值，将该组数值建表插值计算得到精步进查找表，最后灌入单片机程序。打压和记录数据的过程相当耗费人力和时间，同时也有较大的误差。主要有两方面原因：一方面，压力计(1)需要一个稳定的过程，工作人员往往要紧盯压力计(1)仪表盘，判断仪表盘指针稳定才能读数，人工读数本身就会有误差；另一方面，对每一个深度传感器(11)要读取若干个点，以工作范围0～120米为例，为了保证精度，至少5米取一个点，读数多达24个点。独立分步的方式大大影响了深度校准工作的效率。

在待校准设备数量众多的情况下，如何提高效率，将校准过程系统化整合，并进行自动化处理，成为亟待解决的一个问题。

发明内容

为了克服以上缺陷，本发明设计了一种深度传感器自动校准系统，该系统能够实现自动读取压力计(1)稳定输出气压(理论深度)，并同步读取深度检测单片机电路(7)输出的电压值，将整个校准过程的同步气压(理论深度)和电压读数、记录、计算和建表整合在一起并自动判断设备有效工作深度，自动下载和更新电压-深度查找表，从而提高工作效率。

本发明技术方案是：一种深度传感器自动校准系统，包括压力计(1)、电子水密舱(2)和显示控制系统，所述的压力计(1)通过气压输出线(4)连接到所述的电子水密舱(2)内的深度传感器(11)的深度检测单片机电路(7)，所述的显示控制系统计算机有两个串口：串口1和串口2，所述的电子水密舱(2)的输出通过信号传输电缆(5)连接到显示控制系统的计算机的串口2，所述的深度检测单片机电路(7)包含电压采集模块和电压深度转换模块和触发电路模块。触发电路模块为电压采集模块提供触发信号，电压采集模块将模拟电压转换成数字信号传输到电压深度转换模块。所述的深度检测单片机电路(7)程序中设有一个电压到深度的转换查找表。所述的压力计(1)上的串口(1-1)与显示控制系统计算机的串口1连接，将压力计(1)中的压力数值经串口1(8)通过压力数据线(6)传输到显示控制系统计算机上。

本发明通过在深度检测单机片电路上增加一个触发电路模块来产生采数触发信号。该模块判断深度传感器(11)输出电压是否稳定。如果连续一段时间内电压值稳定在某个范围内，说明压力计(1)输出气压稳定，于是产生采数触发信号。显示控制系统计算机上有两个串口(I(3-1)和II(3-2))，分别通过传输电缆与压力计(1)和深度检测单片机电路(7)连接，用于读取气压(理论深度)值和电压值。为了实现两个数据的同步性，用电压接收串口接收数据事件来触发气压(理论深度)接收串口读数。

进一步地，所述的触发电路模块包括正常工作和校准工作两种运行模式。触发电路模块可从显示控制系统计算机接收控制命令切换工作模式。平时工作采用正常工作模式，校准时选择校准工作模式。正常工作模式下，产生1s为周期的触发信号。

校准工作模式下，显示控制系统计算机软件通过串口2向深度检测单片机电路(7)发送校准模式命令。工作人员给压力计(1)加压一次，等待片刻至压力计(1)稳定后，触发电路模块需要判断深度传感器(11)输出电压是否稳定。如果连续一段时间内电压值稳定在一定范围内，说明压力计(1)输出气压稳定，触发电路产生采数触发信号。

采集电路模块以触发电路输出信号为触发条件将模拟电压转换成数字信号。电压采集模块采集电压后上传，电压信息传输到显示控制系统计算机串口2，一方面通过串口2发送给显示控制系统计算机，另一方面传送给深度转换模块，深度转换模块将电压信号转换成测量深度信息传送到显示控制系统计算机上显示。

程序将理论深度值与设备有效工作范围进行比较，把在有效范围内的数据顺序显示在界面上。当理论深度值大于上限后程序自动关闭串口2，显示控制系统计算机软件在触发中断同时从串口I(3-1)和串口II(3-2)读取压力(理论深度)数据和电压数据。显示控制系统计算机程序自动读数，将压力(理论深度)值和电压值顺序显示在界面上，并调用插值函数建立新的电压-深度查找表，然后替换深度转换模块中的电压-深度转换查找表，完成深度校准。

一种深度传感器自动化深度校准系统的校准方法，包括以下步骤：

1)所述的显示控制系统计算机(3)通过串口II(10)向所述的深度检测单片机电路(7)发送校准模式命令，显示控制系统计算机(3)内运行校准软件，该软件打开显示控制系统计算机(3)串口I(9)和串口II(10)，设置串口II(10)为中断触发方式；

2)工作人员通过压力计(1)对深度传感器(11)加压；

3)在校准模式下，触发电路模块判断深度传感器(11)输出电压是否稳定，如果连续一段时间内电压值稳定在一定范围内，说明压力计(1)输出气压稳定，触发电路模块即产生采数触发信号；

4)电压采集模块以触发电路模块输出的信号为触发条件将模拟电压转换成数字信号，一方面，通过串口II(10)将电压信息传送到显示控制系统计算机(3)，另一方面，电压采集模块将数字信号传送给深度转换模块，深度转换模块将电压数字信号转换成测量深度信息传送到显示控制系统计算机(3)上显示；

5)当理论深度值大于上限后程序自动关闭串口I(9)，显示控制系统计算机(3)软件在触发中断里同时从串口1(9)和串口II(10)读取压力数据和电压数据并顺序显示在界面上，自动调用插值函数建立新的电压--深度查找表，然后替换原来深度转换模块中的电压-深度转换查找表，完成深度校准。

该发明的有益效果：该系统使显示控制系统计算机自动判断压力计(1)气压的稳定状态，同步读取压力计(1)的气压(理论深度)值和设备检测到的电压值，并自动完成数据记录与插值运算，替换原来深度转换模块中的电压-深度转换查找表，节省了人力，提高了深度传感器(11)校准的工作效率，同时减少了人为误差，提高了校准的精度。

附图说明

图1本发明系统连接示意图；

图2为发明深度检测单片机电路结构框图；

图中标记：1-压力计，2-电子水密舱，3-显示控制系统计算机，4-气压输出线，5-信号传输电缆，6-压力数据线，7-深度检测单片机电路8-压力计串口(1-1)，9-显示控制系统计算机串口I(3-1)，10-显示控制系统计算机串口II(3-2)，11-深度传感器.

具体实施方式

下面通过实例，并结合图1和图2对本发明作进一步的说明：

要实现自动化深度校准，有两个关键问题需要解决：一个是对压力计(1)的输出压力与深度检测单片机的输出电压同步采集数据，提高深度校准工作效率；另一个是，在对压力计(1)进行打压时，有一个气压稳定的过程，如改为自动校准，需要程序判断压力计(1)的稳定状态，并产生采数触发信号。

如图1所示，压力计1的气压输出线4连接到水密电子舱2中的深度传感器11，压力计1的串口I(1-1)8通过压力数据线6与显示控制系统计算机3的串口I 9连接，电子水密舱2桶壁上的深度传感器11将气压转化为电压，电子水密舱2内部的深度检测单机片电路板7采集模拟电压并转化成深度数据，通过信号传输电缆5连接到显示控制系统计算机3的串口II10。

深度检测单片机电路板7包括触发电路模块、电压采集电路模块、电压深度转换模块。深度检测单片机电路7的输入为电压模拟信号，触发电路模块检测电压是否稳定，并产生采数触发信号；电压采集模块的功能是以外部中断方式采集模拟电压并转化成数字信号，电压采集电路模块将数字信号传输到电压深度转换模块，电压深度转换模块将电压信号转换成测量深度信息传送到显示控制系统计算机上显示。触发电路模块为采集电路模块提供触发信号，测量深度由电压深度转换模块输出，用于显示实际测量深度。深度检测单片机电路7将输出电压和测量深度通过电缆5传到显示控制系统计算机3的串口II 10，电压由采集电路模块输出，用于深度校准时建立电压-深度修正查找表。

触发电路模块有两种工作方式，一种是正常模式，另一种是校准模式。模式选择命令由显示控制系统计算机3发出，经信号传输电缆5传送到达。正常工作模式下，触发电路模块产生周期为1秒的触发电平，使电压采集模块按1秒的周期定时采集电压，转化成深度后也按1秒的周期发送给显示控制系统计算机3。

显示控制系统计算机3内运行校准软件，该软件打开显示控制系统计算机串口I(3-1)9和显示控制系统计算机串口II(3-2)10，设置串口II(3-2)10为中断触发方式。显示控制系统计算机3软件通过串口II(3-2)10向所述的深度检测单片机电路7发送校准模式命令；工作人员对深度传感器加压；触发电路模块首先判断输入的模拟电压是否稳定，且持续时间是否不少于5秒。如果“是”则输出一次触发电平，否则不输出，保证深度校准时压力计输出气压稳定后才被采集，触发电路模块即产生采数触发信号。

电压采集模块以触发电路模块输出的信号为触发条件将模拟电压转换成数字信号，一方面，通过串口II(3-2)10将电压信息传送到显示控制系统计算机3，另一方面，电压采集模块将数字信号传送给电压深度转换模块，深度转换模块将电压数字信号转换成测量深度信息传送到显示控制系统计算机3上显示；程序将理论深度值与设备有效工作范围进行比较，把在有效范围内的数据顺序显示在界面上，若理论深度值超出设备的有效工作范围则自动关闭串口II(3-2)10，当显示控制系统计算机串口I I(3-2)中断时，同时读取串口I(3-1)9和串口II(3-2)10接收缓冲区内的气压(理论深度)值和电压值数据，并将记录下来的一组数据序列进行插值运算，自动调用插值函数建立新的电压--深度查找表，通过信号传输电缆5自动替换电压深度转换模块中原来的电压-深度转换查找表，从而实现深度自动化校准。

Claims (4)

1.一种深度传感器自动校准系统，包括压力计(1)、电子水密舱(2)和显示控制系统计算机(3)，所述的压力计(1)通过气压输出线(4)连接到所述的电子水密舱(2)内的深度传感器(11)的深度检测单片机电路(7)，所述的显示控制系统计算机(3)有两个串口：串口I(9)和串口II(10)，所述的电子水密舱(2)的输出通过信号传输电缆(5)连接到显示控制系统的计算机的串口II(10)，所述的深度检测单片机电路(7)包含电压采集模块和电压深度转换模块，所述的深度检测单片机电路(7)程序中设有一个电压到深度的转换查找表，其特征在于：所述的压力计(1)上的串口I(8)与显示控制系统计算机(3)的串口I(9)连接，将压力计(1)中的压力数值通过压力数据线(6)传输到显示控制系统计算机(3)上，所述的深度检测单片机电路(7)还包括触发电路模块，触发电路模块为电压采集模块提供触发信号，电压采集模块将模拟电压转换成数字信号传输到电压深度转换模块。

2.根据权利要求1所述的深度传感器自动校准系统，其特征在于：所述的触发电路模块包括正常工作模式和校准模式两种运行模式。

3.根据权利要求1所述的深度传感器自动校准系统，其特征在于：所述的触发电路模块从显示控制系统计算机(3)接收控制命令切换工作模式。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的深度传感器自动校准系统的校准方法，包括以下步骤：

1)所述的显示控制系统计算机(3)通过串口II(10)向所述的深度检测单片机电路(7)发送校准模式命令，显示控制系统计算机(3)内运行校准软件，该软件打开显示控制系统计算机(3)串口I(9)和串口II(10)，设置串口II(10)为中断触发方式；

2)工作人员通过压力计(1)对深度传感器(11)加压；

3)在校准模式下，触发电路模块判断深度传感器(11)输出电压是否稳定，如果连续一段时间内电压值稳定在一定范围内，说明压力计(1)输出气压稳定，触发电路模块即产生采数触发信号；

4)电压采集模块以触发电路模块输出的信号为触发条件将模拟电压转换成数字信号，一方面，通过串口II(10)将电压信息传送到显示控制系统计算机(3)，另一方面，电压采集模块将数字信号传送给深度转换模块，深度转换模块将电压数字信号转换成测量深度信息传送到显示控制系统计算机(3)上显示；

5)当理论深度值大于上限后程序自动关闭串口I(9)，显示控制系统计算机(3)软件在触发中断里同时从串口1(9)和串口II(10)读取压力数据和电压数据并顺序显示在界面上，自动调用插值函数建立新的电压--深度查找表，然后替换原来深度转换模块中的电压-深度转换查找表，完成深度校准。