CN112104364B - 一种模拟信号变送器及其频率信号标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟信号变送器及其频率信号标定方法，其中模拟信号变送器包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道，所述单片机电路至少用以在其输入所述频率信号后标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述模数变换电路传送的数字信号。本发明无需拆开设备调节电位器，实现了远距离标定，因而标定更加简单，效率更高；本发明可以反复标定，并且标定精准；本发明所提供的模拟信号变送器是一种非数字信号的变送器，即通过不同频率信号的接收和判断，从而远距离通讯标定，可应用于各种纯模拟量输出的变送器。

Description

一种模拟信号变送器及其频率信号标定方法

技术领域

本发明涉及变送器技术领域，特别是涉及一种模拟信号变送器及其频率信号标定方法。

背景技术

随着工业自动化技术的发展，很多设备需要使用变送器对压力、温度、距离等进行实时测量和监控。变送器的输出信号有模拟信号（电压，电流）和数字信号两大类。变送器在使用中一般需要进行标定或校准，以满足在不同使用环境下的精度要求。

数字变送器通常内置单片机和存储单元，可以直接通过通讯接口进行通讯，直接修改数字变送器程序内设定的特征参数并将设定保存在存储单元芯片中，从而实现数字变送器标定。如图1所示的常见的模拟信号变送器内部电路模块图，模拟信号变送器由于只有模拟量输出，通常只能通过电位器手动调节的方式来改变变送器特征参数。

模拟信号变送器的缺点在于：模拟信号变送器没有通讯接口，无法远距离标定，必须靠人手工调节电位器，而变送器在使用时通常安装在设备内部，一旦装好人们无法接触到变送器的电位器，即便在初次安装时模拟信号变送器已作标定，但后期再做信号校准时候，仍然需要拆开设备才能调节变送器，因此现有的模拟信号变送器在使用中存在极大不便。此外，使用模拟量输入的设备大都没有数字通讯接口，无法使用数字通讯的方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟信号变送器及其频率信号标定方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种模拟信号变送器，包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述滤波放大和模数变换电路接受变送器发送的原始信号，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道，所述单片机电路至少用以在其输入所述频率信号后标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述模数变换电路传送的数字信号，所述数模转换电路用以将标定计算后的数字信号转化为模拟信号输出。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路的通用输入输出端口设置为信号输入口，所述信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路包括频率信号识别单元、信号滤波处理单元和标定算法单元；

所述频率信号设别单元，用于识别输入的所述频率信号；

所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和传感器信号采样数据进行平滑滤波处理；

所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算所述模数变换电路传送的数字信号。

作为本发明优选方案之一，所述频率信号由与所述输入信号线相连接的标定盒输入，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路。

作为本发明优选方案之一，所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键。

本发明还公开了一种模拟信号变送器的频率信号标定方法，包括：

提供一模拟信号变送器，该模拟信号变送器包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道;

传感器向所述滤波放大和模数变换电路发送原始信号，所述单片机电路输入不同频率的频率信号，所述单片机电路识别所述频率信号并根据所述频率信号标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述模数变换电路传送的数字信号。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路根据所述频率信号的不同将其读取到的传感器信号采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至变送器的特征曲线函数以实现标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数。

进一步优选的，该模拟信号变送器初始化后，所述单片机电路的信号端口中断程序开始等待信号脉冲，待接收到所述频率信号脉冲后，定时器开始计时，待计时完成后，通过统计收到的脉冲数量来判断所述频率信号的频率。

进一步优选的，所述频率信号由标定盒传输至该模拟信号变送器，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路。

更进一步优选的，所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路的通用输入输出端口设置为信号输入口，所述信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路包括信号滤波处理单元、标定算法单元和频率信号识别单元，其中，所述频率信号设别单元，用于识别输入的所述频率信号，

所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和传感器信号采样数据进行进行平滑滤波处理，

所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算所述模数变换电路传送的数字信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的模拟信号变送器及其频率信号标定方法无需拆开设备调节电位器，实现了远距离标定，因而标定更加简单，效率更高。

本发明提供的模拟信号变送器及其频率信号标定方法可以反复标定，并且标定精准。

本发明所提供的模拟信号变送器是一种非数字信号的变送器，即通过不同频率信号的接收和判断，从而远距离通讯标定，可应用于各种纯模拟量输出的变送器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有的模拟信号变送器的内部电路模块图；

图2为本发明实施例所公开的模拟信号变送器的电路连接图；

图3为本发明实施例所公开的标定盒的电路连接图；

图4为本发明实施例所公开的模拟信号变送器的标定方法的流程图。

具体实施方式

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。

本发明公开了一种模拟信号变送器，包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述滤波放大和模数变换电路接受变送器发送的原始信号，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道，所述单片机电路至少用以在其输入所述频率信号后标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述模数变换电路传送的数字信号，所述数模转换电路用以将标定计算后的数字信号转化为模拟信号输出。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路的通用输入输出端口设置为频率信号输入口，所述信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路包括频率信号识别单元、变送器信号滤波处理单元和标定算法单元；

所述频率信号设别单元，用于识别输入的所述频率信号；

所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和传感器信号采样数据进行平滑滤波处理；

所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的传感器信号采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算所述模数变换电路传送的数字信号。

作为本发明优选方案之一，所述频率信号由与所述输入信号线相连接的标定盒输入，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路。当需要进行标定时，将原本一端与该模拟信号变送器的单片机电路的通用输入输出端口连接的信号输入线的另一端与标定盒连接，就可以远距离的对变送器进行标定操作，操作方便。

进一步优选的，所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键。

本发明还公开了一种模拟信号变送器的频率信号标定方法，包括：

提供一模拟信号变送器，该模拟信号变送器包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道;

传感器向所述滤波放大和模数变换电路发送原始信号，所述单片机电路输入不同频率的频率信号，所述单片机电路识别所述频率信号并根据所述频率信号标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述模数变换电路传送的数字信号。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路根据所述频率信号的不同将其读取到的传感器信号采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至变送器的特征曲线函数以实现标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数。

进一步优选的，该模拟信号变送器初始化后，所述单片机电路的信号端口中断程序开始等待信号脉冲，待接收到所述频率信号脉冲后，定时器开始计时，待计时完成后，通过统计收到的脉冲数量来判断所述频率信号的频率。

进一步优选的，所述频率信号由标定盒传输至该模拟信号变送器，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路。

更进一步优选的，所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路的通用输入输出端口设置为信号输入口，所述信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道。

作为本发明优选方案之一，所述单片机电路包括信号滤波处理单元、标定算法单元和频率信号识别单元，其中，所述频率信号设别单元，用于识别输入的所述频率信号，

所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和传感器信号采样数据进行进行平滑滤波处理，

所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算所述模数变换电路传送的数字信号。

通过以上技术方案，本发明提供的模拟信号变送器及其频率信号标定方法无需拆开设备调节电位器，实现了远距离标定，因而标定更加简单，效率更高；本发明提供的模拟信号变送器及其频率信号标定方法可以反复标定，并且标定精准；本发明所提供的模拟信号变送器是一种非数字信号的变送器，即通过不同频率信号的接收和判断，从而远距离通讯标定，可应用于各种纯模拟量输出的变送器。

以下结合具体实施例和附图2-4对本发明的技术方案作进一步的解释说明：

参见图2所示，本发明实施例公开了一种模拟信号变送器，包括依次电连接的滤波放大&模数变换电路1、单片机电路2以及数模转换电路3，单片机电路2设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道，单片机电路2至少用以在其输入频率信号后标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算模数变换电路传送的数字信号，其中，滤波放大&模数变换电路1用于将输入的原始信号（变送器传送的原始信号）经放大转化为数字信号，数模转换电路3用于将标定计算后的数字信号转化为模拟信号输出。

其中，单片机的通用输入输出端口设置为信号输入口，信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，信号输入口和输入信号线形成信号输入通道。

单片机电路具体包括变送器信号滤波处理单元、标定算法单元和频率信号识别单元，其中，频率信号设别单元，用于识别输入的频率信号，

信号滤波处理单元，用于对输入的频率信号和传感器信号采样数据进行平滑滤波处理；

标定算法单元，用于根据频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存参数将参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算模数变换电路传送的数字信号。

频率信号由与输入信号线相连接的标定盒输入至单片机电路，标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，按键面板可以输入不同的标定命令，例如最常见零点，满度，置零，保存和精调输出这些功能。单片机频率信号发生电路用以接受按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路。由于方波信号发生较简单，且具备较强抗干扰能力，可以实现远距离传输。

如图3-4所示，本发明实施例还公开了上述模拟信号变送器的频率信号标定方法，包括以下步骤:

传感器向该模拟信号变送器发送原始信号，按下标定盒的按键面板上的按键输入命令至标定盒的单片机频率信号发生电路,标定盒的单片机频率信号发生电路根据接受的命令相应地向该模拟信号变送器的单片机电路输入不同频率的频率信号，与此同时，该模拟信号变送器初始化后，单片机电路的信号端口中断程序开始等待信号脉冲，待接收到频率信号脉冲后，定时器开始计时，待计时完成后，通过统计收到的脉冲数量来判断频率信号的频率。比如，零点对应A赫兹信号，满度对应B赫兹信号，保存对应C赫兹信号，置零对应D赫兹信号，输出精调对应E赫兹信号。

首先，该模拟信号变送器的单片机电路的频率信号设别单元识别输入的频率信号，接着，信号滤波处理单元对输入的频率信号和传感器信号采样数据进行平滑滤波处理，紧接着，标定算法单元根据频率信号的不同将其从模数变换电路那读取到的传感器信号采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数（不同的频率信号对应不同的采样数据），并保存参数将参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算模数变换电路传送的数字信号，最后再将标定计算后的数字信号经过数模转换电路转化至模拟信号而输出。

例如最常见的压力变送器的特征线性曲线的函数为Y=kx+b,标定过程中进行零点和满度值两步命令输入，单片机电路记录下零点和满度时的x和y值（即输入零点所对应的频率信号时，记录传感器信号采样数据x1和y1值，输入满度所对应的频率信号时，记录传感器信号采样数据x2和y2值），两组x和y值作为过渡参数用于计算K和b,在标定结束后，按下保存按键，自动保存K和b，从而获得标定后的特征曲线函数，也就是说完成了采样数据赋值给特征曲线函数的参数，通过标定后的特征曲线函数可以准确计算出数字信号，进而输出准确的模拟输出值（模拟信号）。

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 (3)

1.一种模拟信号变送器，其特征在于：包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述滤波放大和模数变换电路接受变送器发送的原始信号，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道，所述单片机电路至少用以在其输入所述频率信号后标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述滤波放大和模数变换电路传送的数字信号，所述滤波放大和模数变换电路用以将标定计算后的数字信号转化为模拟信号输出；所述单片机电路的通用输入输出端口设置为信号输入口，所述信号输入口连接输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道；

所述单片机电路包括频率信号识别单元、信号滤波处理单元和标定算法单元；所述频率信号识别单元，用于识别输入的所述频率信号；所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和变送器信号采样值进行平滑滤波处理；所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至变送器的特征曲线函数以计算所述滤波放大和模数变换电路传送的数字信号；所述频率信号由与所述输入信号线相连接的标定盒输入，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至所述变送器的单片机；所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键；

所述模拟信号变送器的频率信号标定方法，包括：提供一模拟信号变送器，该模拟信号变送器包括依次电连接的滤波放大和模数变换电路、单片机电路以及数模转换电路，所述单片机电路设置有用以向其输入频率信号的信号输入通道;传感器向所述滤波放大和模数变换电路发送原始信号，所述单片机电路输入不同频率的频率信号，所述单片机电路识别所述频率信号并根据所述频率信号标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并按照标定后的特征曲线函数计算所述滤波放大和模数变换电路传送的数字信号；

所述单片机电路根据所述频率信号的不同将其读取到的传感器信号采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至变送器的特征曲线函数以实现标定该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数；

该模拟信号变送器初始化后，所述单片机电路的信号端口中断程序开始等待信号脉冲，待接收到所述频率信号脉冲后，定时器开始计时，待计时完成后，通过统计收到的脉冲数量来判断所述频率信号的频率。

2.根据权利要求1所述的一种模拟信号变送器，其特征在于：所述频率信号由标定盒传输至该模拟信号变送器，所述标定盒包括按键面板和单片机频率信号发生电路，所述单片机频率信号发生电路用以接受所述按键面板发送的各命令并发送与各命令相应频率的方波信号至该模拟信号变送器的单片机电路；优选的，所述按键面板上至少设置有零点、满度、置零、保存和精调输出命令按键。

3.根据权利要求2所述的一种模拟信号变送器，其特征在于：所述单片机电路的通用输入输出端口设置为信号输入口，所述信号输入口连接输入频率信号的输入信号线，所述信号输入口和输入信号线形成所述信号输入通道；和/或，所述单片机电路包括信号滤波处理单元、标定算法单元和频率信号识别单元，其中，所述频率信号设别单元，用于识别输入的所述频率信号，所述信号滤波处理单元，用于对输入的所述频率信号和传感器信号采样数据进行平滑滤波处理，所述标定算法单元，用于根据所述频率信号的不同将其读取到的采样数据赋值给该模拟信号变送器的特征曲线函数的参数，并保存所述参数将所述参数导入至该模拟信号变送器的特征曲线函数以计算所述滤波放大和模数变换电路传送的数字信号。

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