CN110166049A - 模数转换基准漂移自动补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气控制系统的模数转换基准漂移自动补偿方法，包括：在电气控制系统中设置参考采集回路；在电气控制系统调试完成后，读取模数转换针对该参考采集回路的转换结果，将该参考采集回路的转换结果作为参考模数转换结果存储在电气控制系统中；在正常工作状态中，读取模数转换针对参考采集回路的转换结果作为模数转换结果；将模数转换结果与参考模数转换结果进行差值运算；基于该差值运算的结果对参考电压的基准漂移进行相应补偿。本发明进一步涉及使用上述方法的自动补偿装置和执行上述方法的软件程序。

Description

模数转换基准漂移自动补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及电气控制领域，更具体地涉及电气控制系统中模数转换基准漂移的自动补偿方法。本发明进一步涉及使用上述方法的模数转换基准漂移自动补偿装置。

背景技术

在电气控制系统中，传感器组数据采集是不可或缺的组成部分，其中不可避免地需要进行大量的模数转换(A/D Change)，从而将模拟量信号(Analog Signal)转换成数字量信号(Digital Signal)以方便中央处理单元进行处理。

模数转换的重要基础之一就是参考电压(Reference Voltage)。参考电压的变化和不稳定会引起模数转换结果的变化，严重时会造成传感器数据采集的不正确。然而参考电压电源是老化和发生畸变最快的、也是最容易受到外部影响(如电气环境、温度、湿度等等)的元器件之一。参考电压电源的老化和受影响会导致参考电压的变化，由于模数转换以参考电压作为基准和起点，参考电压相对初始位置的变化称之为“模数转换基准漂移(以下简称基准漂移)”。

随着使用时间的延长，由基准漂移造成的采集结果误差会越来越大，电气控制系统将因此做出错误判断，这在自动控制领域是十分严重的问题。因此抑制和补偿基准漂移已经并将继续成为电气控制系统研发领域的重大课题。

目前应用最广泛的技术是对基准漂移进行补偿。根据现有技术，绝大多数方案采用硬件补偿法，比如增加基准电压的可调节环节、或者放大环节的倍数可调节环节等等。并且硬件补偿法通常需要人为干预才能进行。

另外，有一种构思认为可以通过使所有传感器信号归零，直接采集此时的模数转换结果，得到基准漂移引起的模数转换结果，之后将此结果引入后续计算。该方案没有实用案例，仅仅停留在提出阶段，因为在大部分工况或场合下电气控制系统不允许中断运行或者无法对传感器进行归零操作。此外，该方案所得到的修正补偿不具备实时性，其当前所使用的修正补偿为上一个归零操作时得到的，因此即使该方案能够实施也仅能做到滞后补偿。再者，该方案中的传感器信号归零、将修正结果引入计算过程等等必须人员介入才能执行，因此也不是自动补偿的技术方案。

为此，针对上述现有技术的缺点和不足，需要提出一种更为高效、可靠的模数转换基准漂移的自动补偿方法，保证在不中断电气控制系统正常工作的情况，实时对模数转换基准漂移进行补偿。

发明内容

为此，一方面，本发明基于上述目的，提出了一种用于电气控制系统的模数转换基准漂移自动补偿方法，该自动补偿方法包括：

-在电气控制系统中设置参考采集回路；

-在电气控制系统调试完成后，读取模数转换针对该参考采集回路的转换结果，将该参考采集回路的转换结果作为参考模数转换结果存储在电气控制系统中；

-在正常工作状态中，读取模数转换针对参考采集回路的转换结果作为模数转换结果；

-将模数转换结果与参考模数转换结果进行差值运算；

-基于该差值运算的结果对参考电压的基准漂移进行相应补偿。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中当差值运算的结果为“0”时，认为参考电压未发生基准漂移；当差值运算的结果不为“0”时，认为参考电压发生基准漂移。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中基于差值运算的结果对参考电压的基准漂移进行相应补偿进一步包括：根据差值运算的结果计算参考电压的变化值；并且，根据参考电压的变化值计算得到基准漂移的补偿值。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中该自动补偿方法进一步包括：在正常工作状态中，读取模数转换针对电气控制系统中除参考采集回路之外的回路的转换结果作为当前模数转换结果。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中电气控制系统中设置基准漂移的补偿阈值，将补偿阈值与补偿值进行比较，若补偿值未超过补偿阈值则根据基准漂移的补偿值修正当前模数转换结果。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中若补偿值超过补偿阈值则判断模数转换功能失效，电气控制系统发出警报，执行关闭或等待动作。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中优选地，关闭或等待动作包括关闭或暂停失效的模数转换功能和/或关闭或暂停电气控制系统。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的实施例，其中补偿值作为输出参数报告给电气控制系统的人机界面。

另一方面，本发明还提出了使用上述用于电气控制系统模数转换基准漂移自动补偿方法的补偿装置，其中该补偿装置具有：

电路板；

位于该电路板内的模数转换器，该模数转换器对模拟量数据采集传感器系统进行模数转换；

位于该电路板内且位于数模转换器附近的参考采集回路，该模数转换器对参考采集回路进行模数转换；和

中央处理单元，该中央处理单元循环地根据模数转换器的模数转换结果对模拟量数据采集传感器系统进行基准漂移自动补偿。

根据本发明的补偿装置的实施例，其中参考采集回路由精密器件搭建，该精密器件的精度高于模拟量数据采集传感器系统的精度，并且参考采集回路与模拟量数据采集传感器系统隔离。

根据本发明的补偿装置的实施例，其中精密器件包括精密电阻、精密电感和/或精密电阻和精密电感的组合。

又一方面，本发明提出了一种执行上述的模数转换基准漂移自动补偿方法的软件程序。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明的技术方案基于硬件与软件的结合，利用参考采集回路的参考模数转换结果与该回路在正常工作状态时的模数转换结果的差值运算结果监测基准漂移情况，能够在差值不为“0”时(即确定发生基准漂移时)，根据差值运算结果计算出参考电压的变化值并进而计算出基准漂移的补偿值，利用该补偿值对模数转换基准漂移进行实时的、自动的补偿，不中断电气控制系统正常工作。

并且，本发明所使用的参考采集回路电路结构简单、精度高，由更加先进和严密的软件逻辑取代了复杂的、具有特殊器件要求的硬件电路，能极大的降低为了补偿基准漂移而对硬件进行改造的成本，同时又能够保证模数转换基准漂移的自动补偿的高效性及可靠性。

此外，根据本发明的基准漂移自动补偿方法还将基准漂移补偿值报告人机接口，便于操作人员观察参考电压电源的老化或受影响情况。当基准漂移超过某一程度时，系统还能够发出警报，执行关闭或等待动作，避免控制系统做出错误判断而造成严重后果。

再者，在正常运行周期内，本发明的软件程序可以自动对模数转换的基准漂移进行动态补偿，全程不需要人为干预，也不需要重新刷写程序。

本公开提供了实施例的各方面，并且不应当用于限制本发明的保护范围。根据在此描述的技术可设想到其它实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

下面参考附图更详细地解释和描述了本发明的实施例，但它们不应理解为对于本发明的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，结构部件可以被不同地布置。

在图中：

图1示出了根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿装置的实施例的示意图；和

图2示出了根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的示意性软件程序流程图。

具体实施方式

虽然本发明可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，但应该理解的是，本公开将被认为是本发明的示例并不意图将本发明限制于所说明的具体实施例。

在不同的附图中，在功能上相同的部件具有相同的附图标记，因此这些部件通常仅被描述一次。

根据本发明的用于电气控制系统模数转换基准漂移自动补偿方法的补偿装置的实施例，在图1示出了该补偿装置具有电路板，在该电路板上具有模数转换器以及位于该数模转换器附近的参考采集回路，该模数转换器对模拟量数据采集传感器系统和参考采集回路进行模数转换。

根据本发明的补偿装置的实施例，只作为参考用的参考采集回路由精密器件搭建，例如精密电阻、精密电感等。该精密器件的精度高于模拟量数据采集传感器系统的精度，由此确保对参考采集回路的监控精度不低于对模拟量数据采集传感器系统的监控精度。同时参考采集回路与模拟量数据采集传感器系统尽可能隔离，包括物理位置上参考采集回路尽量远离模拟量数据采集传感器系统、以及在通信方面参考采集回路使用单独的通道和计时器等，使其尽量免受外部影响(如电气环境、温度、湿度、灰尘等等)，从而尽可能确保参考采集回路的稳定性和精确性。

此外该补偿装置还具有中央处理单元，该中央处理单元执行模数转换基准漂移自动补偿软件程序，接收模数转换器的模数转换结果(A/D Result)，不间断轮询参考采集回路的模数转换结果，与参考模数转换结果比较进而获得实时修正补偿参数，对模拟量数据采集传感器系统进行基准漂移自动补偿。

图2示出了根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法的示意性软件程序流程图。

根据本发明的模数转换基准漂移自动补偿方法，执行图2所示的程序流程的基础是参考模数转换结果(Reference A/D Result)的构思，为此，在电气控制系统中设置参考采集回路。

根据图2所示的实施例，该程序(方法)包括两个阶段，分别为调试阶段和正常运行阶段。

在调试阶段，由框1起始，该电气控制系统完成调试和第一次整备，也就是说，除了新设置的参考采集回路外，该电气控制系统的其余电路部分完成硬件调试和软件整备(预定参数写入)的工作。在电气控制系统调试和第一次整备完成后，进入框2，读取模数转换针对参考采集回路的转换结果，将该参考采集回路的转换结果作为参考模数转换结果Result0存储在电气控制系统中。并且，在该电气控制系统中还预设了关于基准漂移的补偿阈值，限定了自动补偿所能承受的允许补偿范围。至此，完成了对电气控制系统的第二次整备，即电气控制系统的所有电路部分完成硬件调试和预定参数写入的软件整备的工作，电气控制系统准备就绪，可以开始进入正常运行阶段。

在进入正常运行后，如框3所示，电气控制系统采集所有模拟采集通道模数转换结果，即读取模数转换针对电气控制系统中除参考采集回路之外的回路的转换结果作为当前模数转换结果。同时所述电气控制系统采集参考采集回路的模数转换结果，即读取模数转换针对参考采集回路的转换结果作为模数转换结果Result1。

随后，在框4中将模数转换结果Result1与参考模数转换结果Result0进行差值运算，并且判断该差值|Result1-Result0|是否为0。此时，当|Result1-Result0|为“0”时，认为参考电压未发生基准漂移；当|Result1-Result0|不为“0”时，认为参考电压发生基准漂移。

如果判断没有发生基准漂移，即电气控制系统采集所有模拟采集通道模数转换结果准确，可以直接进行下一步操作，则当前程序进入框11，根据当前数模转换结果计算得到传感器模拟量数据采集值。

如果判断发生基准漂移，即电气控制系统采集所有模拟采集通道模数转换结果不准确，需要对基准漂移进行补偿，则当前程序进入框5，根据Result1-Result0的值通过相应的程序算法计算得出计算参考电压的变化值，并根据参考电压的变化值计算得到基准漂移的补偿值。针对该补偿值，程序进行了两项操作，框6和框7。

一方面，如框6，上述计算得到的补偿值作为输出参数被发送给电气控制系统的人机界面，便于操作人员观察和了解电气控制系统模数转换参考电压电源的基准漂移情况并分析参考电压电源的老化或受影响情况。

另一方面，如框7，对计算得到的基准漂移补偿值进行分析，将上述计算得到的补偿值与系统中规定允许补偿范围的补偿阈值进行比较，判断是否超出范围。如果结论为否，即认为可以进行基准漂移自动补偿，则进入框8。如果结论为是，即认为此时无法进行基准漂移自动补偿，则进入框9。

如框8所示，在补偿值未超过补偿阈值的情况下，根据基准漂移的补偿值修正当前模数转换结果，并以此修正后的结果存储为当前的模数转换结果，然后进入框11。

而在补偿值超过补偿阈值的情况下，判断当前模数转换功能已失效，在框9中程序发出报警信号，提示操作人员模数转换的基准漂移已经达到相当严重的程度，基准漂移自动补偿已经无法满足需求。随后在框10中，程序将执行关闭或等待动作，关闭或暂停已经失效的模数转换功能和/或关闭或暂停整个电气控制系统，等待操作人员处理。此时，框6处人机界面上所示的补偿值能够帮助操作人员直观地了解参考电压的基准漂移情况并快速对该情况进行处理。

在框11处，根据当前模数转换结果(来自框4的无需补偿的模数转换结果或来自框8的经补偿的模数转换结果)计算出传感器采集的模拟量数据采集值，并根据系统的功能和需求将该模拟量数据采集值输出(框12)给相应的部件或经过通信传输给其它系统。

此外，程序在完成对于传感器采集的模拟量数据采集值的计算(框11)后进行循环操作返回框3，对下一个采样周期的信号进行如上所述操作，以此做到不间断轮询参考采集回路的模数转换结果，与参考模数转换结果比较进而获得实时修正补偿参数，无需外部干预，保证了全自动补偿和电气控制系统的连续不间断工况运行。

本发明的技术方案利用参考采集回路的参考模数转换结果与该回路在正常工作状态时的模数转换结果的差值运算结果监测基准漂移情况，能够在差值不为“0”时(即确定发生基准漂移时)，根据差值运算结果计算出参考电压的变化值并进而计算出基准漂移的补偿值，利用该补偿值对模数转换基准漂移进行实时的、自动的补偿，不中断电气控制系统正常工作。

并且，本发明所使用的参考采集回路电路结构简单、精度高，由更加先进和严密的软件逻辑取代了复杂的、具有特殊器件要求的硬件电路，能极大的降低为了补偿基准漂移而对硬件进行改造的成本，同时又能够保证模数转换基准漂移的自动补偿的高效性及可靠性。

此外，根据本发明的基准漂移自动补偿方法还将基准漂移补偿值报告人机接口，便于操作人员观察参考电压电源的老化或受影响情况。当基准漂移超过某一程度时，系统还能够发出警报，执行关闭或等待动作，避免控制系统做出错误判断而造成严重后果。

再者，在正常运行周期内，本发明的软件程序可以自动对模数转换的基准漂移进行动态补偿，全程不需要人为干预，也不需要重新刷写程序。

应当理解的是，在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。此外，本文所述的特定示例和实施例是非限制性的，并且可以对以上所阐述的结构、步骤、顺序做出相应修改而不脱离本发明的保护范围。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。然而，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种模数转换基准漂移自动补偿方法，所述模数转换用于电气控制系统，其特征在于，所述自动补偿方法包括：

-在所述电气控制系统中设置参考采集回路；

-在所述电气控制系统调试完成后，读取模数转换针对所述参考采集回路的转换结果，将所述参考采集回路的转换结果作为参考模数转换结果存储在所述电气控制系统中；

-在正常工作状态中，读取模数转换针对所述参考采集回路的转换结果作为模数转换结果；

-将所述模数转换结果与所述参考模数转换结果进行差值运算；

-基于所述差值运算的结果对参考电压的基准漂移进行相应补偿。

2.根据权利要求1所述的自动补偿方法，其特征在于：

当所述差值运算的结果为“0”时，认为所述参考电压未发生基准漂移；

当所述差值运算的结果不为“0”时，认为所述参考电压发生基准漂移。

3.根据权利要求2所述的自动补偿方法，其特征在于，所述基于所述差值运算的结果对参考电压的基准漂移进行相应补偿进一步包括：

-根据所述差值运算的结果计算参考电压的变化值；

-根据所述参考电压的变化值计算得到所述基准漂移的补偿值。

4.根据权利要求3所述的自动补偿方法，其特征在于，所述自动补偿方法进一步包括：

在正常工作状态中，读取模数转换针对所述电气控制系统中除所述参考采集回路之外的回路的转换结果作为当前模数转换结果。

5.根据权利要求4所述的自动补偿方法，其特征在于：

所述电气控制系统中设置所述基准漂移的补偿阈值，将所述补偿阈值与所述补偿值进行比较，若所述补偿值未超过所述补偿阈值，则根据所述基准漂移的所述补偿值修正所述当前模数转换结果。

6.根据权利要求5所述的自动补偿方法，其特征在于：

若所述补偿值超过所述补偿阈值，则判断模数转换功能失效，所述电气控制系统发出警报，执行关闭或等待动作，所述关闭或等待动作包括关闭或暂停所述失效的模数转换功能和/或关闭或暂停所述电气控制系统。

7.根据权利要求4所述的自动补偿方法，其特征在于：

所述补偿值作为输出参数报告给所述电气控制系统的人机界面。

8.一种使用前述权利要求1至7任一项所述的模数转换基准漂移自动补偿方法的补偿装置，其特征在于，所述补偿装置用于电气控制系统，其中所述补偿装置具有：

电路板；

位于所述电路板内的模数转换器，所述模数转换器对模拟量数据采集传感器系统进行模数转换；

位于所述电路板内且位于所述数模转换器附近的参考采集回路，所述模数转换器对参考采集回路进行模数转换；和

中央处理单元，所述中央处理单元根据所述模数转换器的模数转换结果对所述模拟量数据采集传感器系统进行基准漂移自动补偿。

9.根据权利要求8所述的补偿装置，其特征在于：

所述参考采集回路由精密器件搭建，所述精密器件的精度高于所述模拟量数据采集传感器系统的精度，并且所述参考采集回路与所述模拟量数据采集传感器系统隔离。

10.根据权利要求9所述的补偿装置，其特征在于：

所述精密器件包括精密电阻、精密电感和/或所述精密电阻和所述精密电感的组合。