CN114236215B

CN114236215B - 一种数码管显示仪表及其在线校准装置

Info

Publication number: CN114236215B
Application number: CN202111500891.3A
Authority: CN
Inventors: 赵昆明; 罗南杭; 柳建楠; 丁炜; 李良
Original assignee: 719th Research Institute of CSIC
Current assignee: 719th Research Institute of CSIC
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2024-07-30
Anticipated expiration: 2041-12-09
Also published as: CN114236215A

Abstract

本申请公开了一种数码管显示仪表及其在线校准装置，在线校准装置包括：两个输入接口，分别被配置为接收待测电流和标准电流；两个电流采集模块，其与两个输入接口均通过切换元件一一连接，切换元件用于将与电流采集模块相连的一个输入接口切换为另一个输入接口；控制处理器，其被配置为控制切换元件；被配置为处理从一个电流采集模块获取到的待测电流，以供数码管驱动显示模块显示表征该待测电流的信号值；还被配置为根据从另一个电流采集模块获取到的标准电流计算出该电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为该电流采集模块在下一次采集待测电流时的校准系数。本申请实现数码管显示仪表的在线校准，运行维护方便，确保显示精度。

Description

一种数码管显示仪表及其在线校准装置

技术领域

本申请涉及工业测量控制用显示仪表的技术领域，特别涉及一种数码管显示仪表及其在线校准装置。

背景技术

数码管显示仪表是工业测量控制中重要的显示设备之一，其显示参数如压力、阀门开度、流量等，这些显示参数的信号主要采用4～20mA电流信号的形式传输。现阶段，数码管显示仪表的工作原理多为在采集到输入的4～20mA电流信号后计算相应的物理量数值，并通过数码管进行显示。

在实际应用中，数码管显示仪表在运行较长时间后，数码管内部元器件特性会发生变化进而导致显示准确度下降甚至超出指标要求范围，故而还需要对数码管显示仪表进行校准。

相关技术中，校准的方式多需要将仪表拆卸下来重新校准，那么在数码管显示仪表的整个使用周期中，可能需要多次校准，给仪表的运行维护带来了较大的不便。

发明内容

本申请实施例提供一种具有在线校准功能的数码管显示仪表，以解决相关技术中数码管显示仪表需要离线校准导致的运行维护不方便的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种数码管显示仪表的在线校准装置，包括：

两个输入接口，一个被配置为接收待测电流，另一个被配置为接收标准电流；

两个电流采集模块，其与两个所述输入接口均通过切换元件一一连接，其中，所述切换元件用于将与所述电流采集模块相连的一个输入接口切换为另一个输入接口；

控制处理器，其被配置为控制所述切换元件；被配置为处理从一个所述电流采集模块获取到的待测电流，以供数码管驱动显示模块显示表征该待测电流的信号值；还被配置为根据从另一个所述电流采集模块获取到的标准电流计算出该电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为该电流采集模块在下一次采集待测电流时的校准系数。

一些实施例中，所述控制处理器包括FPGA模块和处理终端；

所述FPGA模块被配置为控制所述切换元件；还被配置为处理从两个所述电流采集模块获取到的待测电流和标准电流，并供所述数码管驱动显示模块显示表征所述待测电流的信号值；

所述处理终端被配置为根据处理后的标准电流计算出采集该标准电流的电流采集模块的校准系数，以发送给所述FPGA模块；

所述FPGA模块还被配置为根据所述校准系数在线校准对应的所述电流采集模块，以校准处理从该电流采集模块获取到的待测电流。

一些实施例中，所述FPGA模块被具体配置为根据设定的与输入的电流相应的信号量程，处理接收到的电流并输出表征该电流的信号值。

一些实施例中，所述处理终端被配置为接收所述FPGA输出的至少两个标准信号值，并根据各个标准信号值对应的理论信号值求解得到校正系数。

一些实施例中，所述求解得到校正系数的数学模型为一元二次函数。

一些实施例中，所述FPGA模块与所述处理终端通过串口通信模块相连。

一些实施例中，所述切换元件包括：

两组单刀双掷开关，每组所述单刀双掷开关的不动端与所述电流采样模块的输入端相连，动端与两个所述输入接口交替导通以接收待测电流或标准电流。

一些实施例中，所述电流采样模块包括依次连接的采样电阻、模数转换器和数字隔离器，所述数字隔离器与所述控制处理器相连。

第二方面，本申请实施例还提供了一种具有在线校准功能的数码管显示仪表，包括：

控制处理器，其被配置为控制所述切换元件；被配置为处理从一个所述电流采集模块获取到的待测电流并输出表征该待测电流的信号值；还被配置为根据从另一个所述电流采集模块获取到的标准电流计算出该电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为该电流采集模块在下一次采集待测电流时的校准系数；

数码管驱动显示模块，显示表征所述待测电流的信号值。

一些实施例中，所述数码管驱动显示模块包括多位数码管。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

两个电流采集模块交替采集待测电流、标准电流，使得数码管显示仪表在校准时也能够持续显示表征待测电流的信号值，保证数码管显示仪表在整个使用周期中均有效显示；无需离线校准，进而避免拆卸复装数码管显示仪表，以使运行维护方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种数码管显示仪表的在线校准装置的第一种结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种数码管显示仪表的在线校准装置的第二种结构框图；

图3为本申请实施例提供的一种数码管显示仪表的在线校准装置的部分结构具体框图；

图4为电源模块的具体结构框图；

图5为本申请实施例提供的一种具有在线校准功能的数码管显示仪表的第一种结构框图；

图6为本申请实施例提供的一种具有在线校准功能的数码管显示仪表的第二种结构框图；

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请实施例提供了一种数码管显示仪表的在线校准装置，其中的两个电流采集模块交替采集待测电流、标准电流，使得数码管显示仪表在校准时也能够持续显示表征待测电流的信号值，保证数码管显示仪表在整个使用周期中均有效显示；无需离线校准，进而避免拆卸复装数码管显示仪表，以使运行维护方便。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，本申请实施例还提供了一种数码管显示仪表的在线校准装置，包括：

两个输入接口中定义接收未知的待测电流的是第一接口，接收已知的标准电流的是第二接口；两个电流采集模块也定义第一电流采集模块和第二电流采集模块。

本申请实施例提供的一种数码管显示仪表的在线校准装置的校准原理为：

若需要校准数码管显示仪表中的第二电流采集模块，控制处理器控制切换元件的开关使得第一电流采集模块与第一接口导通，第二电流采集模块与第二接口导通，控制处理器处理从第一电流采集模块、第二电流采集模块获取到的待测电流、标准电流，得到表征待测电流的信号值、表征标准电流的信号值，其中，表征待测电流的信号值输出以供数码管驱动显示模块显示，表征标准电流的信号值结合该标准电流的理论信号值求解得到第二电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为后期在第二电流采集模块与第一接口导通采集待测电流时的校准系数。

若需要校准数码管显示仪表中的第一电流采集模块，控制处理器控制切换元件的开关使得第二电流采集模块与第一接口导通，第一电流采集模块与第二接口导通，按照相似的方式求解得到第一电流采集模块的校准系数。

在本实施例中，若数码管显示仪表中的第二电流采集模块长期采集待测电流，随着运行时间的增加，第二电流采集模块的采集精度逐步下降，甚至可能超出误差允许范围，在需要校准数码管显示仪表时，控制处理器控制切换元件一方面使得第二电流采集模块采集标准电流来计算出校准系数对第二电流采集模块内进行校准，另一方面第一电流采集模块接管采集待测电流以供数码管显示仪表进行待测电流信号值的显示，实现数码管显示仪表的在线校准。

如图2所示，进一步地，所述控制处理器包括FPGA模块和处理终端；

更进一步地，所述FPGA模块与所述处理终端通过串口通信模块相连。所述串口通信模块用于在线校准时的FPGA模块与处理终端进行串口通信，以便数码管显示仪表能够持续地进行在线校准，确保数码管显示仪表的显示结果准确。

更进一步地，所述FPGA模块被具体配置为根据设定的与输入的电流相应的信号量程，处理接收到的电流并输出表征该电流的信号值。

在本实施例中，所述FPGA模块为现场可编辑模块，就4～20mA电流而言，待测电流可能对应着不同的参数类型，如压力、阀门开度、流量等，预先在FPGA模块上设置相应的参数信号量程，以完成各类参数的信号采集输出。

更进一步地，所述处理终端被配置为接收所述FPGA输出的至少两个标准信号值，并根据各个标准信号值对应的理论信号值求解得到校正系数。

再进一步地，所述求解得到校正系数的数学模型为一元二次函数。

在一个具体实施例中，所述处理终端可为校准计算机。

向数码管显示仪表输入两个不同的标准电流，定义为第一标准电流和第二标准电流，第一标准电流I和第二标准电流I对应的理论信号值为I₁₀和I₂₀，FPGA模块处理后得到各自的第一信号值I₁和第二信号值I₂，定义校准后的信号值为I₀，校准前的信号值为I，处理终端根据一元二次函数的数学模型I₀＝k·I+b，求解得到校准系数k和b的值，即k＝(I₂₀-I₁₀)/(I₂-I₁)，b＝(I₁₀*I₂–I₁*I₂₀)/(I₂-I₁)，处理终端将得到的k和b传递给FPGA模块进行存储，FPGA模块对电流采集模块采集到的待测电流进行校准并输出。

如图3所示，优选地，所述切换元件包括：

在一个具体实施例中，每组单刀双掷开关包括两个单刀双掷开关。在一组单刀双掷开关K1中，一个单刀双掷开关动端的两个触点各连接第一接口正极和第二接口正极，另一个单刀双掷开关动端的两个触点各连接第一接口负极和第二接口负极；在另一组单刀双掷开关K2中，也是一个单刀双掷开关动端的两个触点各连接第一接口正极和第二接口正极，另一个单刀双掷开关动端的两个触点各连接第一接口负极和第二接口负极。

那么FPGA模块能够决定各个单刀双掷开关与哪个或哪些触点连接，既能够只显示待测电流的表征信号值，也能够在显示待测电流的表征信号值的同时，还利用标准电流进行校准。

如图3所示，具体地，所述电流采样模块包括依次连接的采样电阻、模数转换器和数字隔离器，所述数字隔离器与所述控制处理器相连。

在本实施例中，以第一接口与电流采样模块导通为例，待测电流在采样电阻上产生电压信号，该电压信号被模数转换器采集后转换为数字信号，并经数字隔离器输出给FPGA模块，以供FPGA模块处理输出给数码管驱动显示模块来显示表征待测电流的信号值。

如图4所示，在线校准装置还包括电源模块，其将输入的电源转换为切换元件、电流采集模块和控制处理器的工作电源。具体来说，当输入电源为直流24V电源，电源模块包括DC/DC模块和两个低压差线性稳压LDO芯片，DC/DC模块用于将24V电源转化为工作电源3.3V电源，LDO芯片用于将3.3V电源转化为FPGA模块正常工作需要的2.5V电源或1.2V电源。

如图5～6所示，本申请实施例还提供了一种具有在线校准功能的数码管显示仪表，包括：

数码管驱动显示模块，显示表征所述待测电流的信号值。

具体地，所述数码管驱动显示模块包括多位数码管。

可见，本申请实施例的数码管显示仪表既能够长时间地进行参数的在线显示，还能够兼顾在线校准的功能，且在校准过程中也未对操作人员正常观测参数产生不良干扰。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，数码管显示仪表的具体实施例可以参考前述在线校准装置的具体实施例，在此不再赘述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，包括：

控制处理器，其被配置为控制所述切换元件；被配置为处理从一个所述电流采集模块获取到的待测电流，以供数码管驱动显示模块显示表征该待测电流的信号值；还被配置为根据从另一个所述电流采集模块获取到的标准电流计算出该另一个电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为该另一个电流采集模块在下一次采集待测电流时的校准系数。

2.如权利要求1所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述控制处理器包括FPGA模块和处理终端；

3.如权利要求2所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述FPGA模块被具体配置为根据设定的与输入的电流相应的信号量程，处理接收到的电流并输出表征该电流的信号值。

4.如权利要求2所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述处理终端被配置为接收所述FPGA输出的至少两个标准信号值，并根据各个标准信号值对应的理论信号值求解得到校正系数。

5.如权利要求4所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述求解得到校正系数的数学模型为一元二次函数。

6.如权利要求2所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述FPGA模块与所述处理终端通过串口通信模块相连。

7.如权利要求1所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述切换元件包括：

两组单刀双掷开关，每组所述单刀双掷开关的不动端与所述电流采集模块的输入端相连，动端与两个所述输入接口交替导通以接收待测电流或标准电流。

8.如权利要求1所述的数码管显示仪表的在线校准装置，其特征在于，所述电流采集模块包括依次连接的采样电阻、模数转换器和数字隔离器，所述数字隔离器与所述控制处理器相连。

9.一种具有在线校准功能的数码管显示仪表，其特征在于，包括：

控制处理器，其被配置为控制所述切换元件；被配置为处理从一个所述电流采集模块获取到的待测电流并输出表征该待测电流的信号值；还被配置为根据从另一个所述电流采集模块获取到的标准电流计算出该另一个电流采集模块的校准系数，并以该校准系数作为该另一个电流采集模块在下一次采集待测电流时的校准系数；

数码管驱动显示模块，显示表征所述待测电流的信号值。

10.如权利要求9所述的具有在线校准功能的数码管显示仪表，其特征在于，所述数码管驱动显示模块包括多位数码管。