CN114490493A - 一种直流电流传感器外部事件中断处理方法 - Google Patents

Abstract

一种直流电流传感器外部事件中断处理方法，其特征是：所述方法利用控制芯片MCU、温度传感器采样电路、控制芯片辅助电路、输出补偿电路对外部事件中断服务进行处理，控制芯片MCU设有UART通讯口，利用中断服务模块对UART通讯口的数据进行读写，进而对直流电流传感器的进行软件校准，根据温度传感器NTC采集的温度点，对温度传感器进行软件补偿，通过PWM方式对温度传感器的零点输出进行调整，PWM占空比从0.4%到99.6%，对应的寄存器值为01H~FEH，所述控制芯片辅助电路设有数字电位器，所述数字电位器的对应寄存器为01H~7FH，本发明通过中断服务程序模块，更好更快利用有限的系统资源解决系统响应速度和运行效率。

Description

一种直流电流传感器外部事件中断处理方法

技术领域

本发明涉及直流电流传感器技术领域，具体涉及一种直流电流传感器外部事件中断处理方法。

背景技术

随着电能表电流传感器在实际应用过程中，随着环境温度的变化，传感器的测量结果会受到不同程度的影响，这就对一些高精度、高稳定性的传感器的研发和应用造成困难，尤其传感器作为计量元器件使用于直流电能表时，要接受电能表-40℃到85℃的工作温度要求，温度区间跨度较大，温度上升或下降导致传感器输出的变化会超出电能表计量精度的要求。另一方面传感器的零点输出也是影响传感器精度重要因素。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种直流电流传感器外部事件中断处理方法，采用中断处理的方法，更好更快利用有限的系统资源解决系统响应速度和运行效率，对直流电流传感器的零点和幅值进行软件校准。

本发明的技术方案为：一种直流电流传感器外部事件中断处理方法，所述方法利用控制芯片MCU、温度传感器采样电路、控制芯片辅助电路、输出补偿电路对外部事件中断服务进行处理，控制芯片MCU设有UART通讯口，利用中断服务模块对UART通讯口的串口数据进行读写，进而对直流电流传感器的进行软件校准，根据温度传感器NTC采集的温度点，对温度传感器进行软件补偿，通过PWM方式对温度传感器的零点输出进行调整，PWM占空比从0.4%到99.6%，对应的寄存器值为01H~FEH，所述控制芯片辅助电路设有数字电位器，所述数字电位器的对应寄存器为01H~7FH，通过调整所述数字电位器的阻值改变传感器的电路放大倍数，实现温度传感器输出幅值的校准，所述的中断服务程序模块包括串口读数据RX模块和串口发数据TX模块，所述的串口读数据RX模块包含串口收数据模块、开始校验位、校验变量值、UART通讯口数据模块和串口协议奇偶校验变量，所述的串口收数据模块包括温度读取区间值、协议变量值和数据索引值；所述的UART通讯口数据模块包括UART通讯口 RX值和UART通讯口成功标志位。所述的串口发数据TX模块包括串口发数据模块、UART通讯口模块和校验变量值，所述的串口发数据模块包括串口发数据值、协议变量值、数据索引值；所述的UART通讯口模块包括UART通讯口 TX值。

所述的串口读数据RX模块的步骤为：

第一步：设定所述的温度读取区间值和所述的协议变量值、所述数据索引值；

第二步：读取所述串口数据的温度读取区间值、协议变量值和数据索引值；

第三步：如果协议变量值大于等于1，则协议变量值等于0、开始校验位等于0，转第七步；否则，协议变量值等于0，转第七步；如果数据索引值小于等于8或大于等于10，转第四步；否则，如果数据索引值大于8且小于等于9，转第六步；如果数据索引值大于9，则校验变量值、数据索引值以及串口收数据标志位都为0，转第七步；

第四步：数据索引值递增，如果数据递增后的数据索引值小于9，则串口收数据，转第五步；

第五步：如果UART通讯口 RX值等于1，则串口接收数据值等于0x80、串口协议奇偶校验变量等于0xfe，转第七步；

第六步：判断UART通讯口 RX值和校验变量值是否等于1，如果等于是，则UART通讯口成功标志位等于1；否则UART通讯口成功标志位等于0，转第七步；

第七步：结束。

所述的串口发数据TX模块的步骤为：

第一步：读取所述的串口发数据设定的协议变量值和数据索引值；

第二步：如果协议变量值大于等于2，则协议变量值等于0，数据索引值递增；如果数据索引值小于9，转第三步；如果数据索引值大于八且小于等于9转第四步；如果数据索引值大于9小于10，则校验变量值、数据索引值以及UART通讯口 TX值等于0，转第五步；

第三步：如果串口发数据值等于0x01，则UART通讯口TX值等于1、校验变量值等于0xfe，转第五步；否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第四步：如果校验变量值等于1，则UART通讯口TX值等于1，转第五步；否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第五步：结束。

本发明的有益效果：

1）本发明通过中断服务程序模块，更好更快利用有限的系统资源解决系统响应速度和运行效率；

2）本发明的对直流电流传感器的零点和幅值进行软件校准，并根据温度传感器NTC采集的温度点，对传感器进行软件补偿；

3）本发明通过PWM方式对传感器的零点输出进行调整，PWM占空比从0.4%到99.6%，对应的寄存器值为01H~FEH；

4）本发明对传感器进行高低温的校准，校准温度点为13个；

5）本发明的单温度点校准方式只对常温下进行，默认数值：零点寄存器80H、幅值寄存器40H。

附图说明：

图1为本发明的主要结构示意图；

图2为控制芯片数据处理功能图；

图3为主程序控制逻辑图；

图4为中断服务子程序的串口发数据TX模块框图；

图5为ADC采样程序模块框图；

图6为中断服务子程序的串口读数据RX模块框图。

图中，1、线圈；2、磁芯；3、磁传感器；4、电阻一；5、电阻二；6、运算放大器；7、温敏电阻；8、分压电阻；9、控制芯片辅助电路；10、控制芯片MCU；11、外部通讯接口二。12、线圈接口一；13、运算放大器的输出接口；14、线圈接口二；15、连接电源接口；16、外部通讯接口一。

具体实施方式

如图1-6所示，所述的温度采样及补偿方法所涉及的硬件结构包括电磁感应模块、控制芯片10、温度传感器采样电路、控制芯片辅助电路9、输出补偿电路。所述电磁感应模块包含一个圆形有一缺口磁芯2，所述的磁芯2表面绕制线圈3，所述的线圈3设有线圈接口一12和线圈接口二14，所束缚线圈接口一12和线圈接口二14连接到所述控制芯片辅助电路9，线圈3两端引出后接到控制芯片辅助电路作为电磁感应的反馈信号，在所述的缺口处放置一个方形且有两个输出口的磁传感器3，所述的磁传感器3通过所述的输出口与所述的运算放大器6相连。载流导线穿过磁芯2，会在磁芯2缺口处产生磁场，磁传感器3将磁场信号转换为一对差分信号，并通过磁传感器的两个输出端引出，假设图1中连接反向输入端口的磁传感器输出电压值V1、连接同向输入端口的输出电压值V2，分别通过降流电阻一4、电阻二5接到运算放大器6的输入端；在现实情况中，由于制作工艺和技术的原因，磁传感器3的差分输出不相等，并且不同产品之间相差较大，结合由于温度的变化，这就导致在没有磁场或者高低温运行的情况下，磁传感器3输出错误结果，这就需要对磁传感器3的输出进行定向补偿。

所述的温度传感器采样电路包含一个温敏电阻7和一个分压电阻8，所述的分压电阻8一端接地另一端接控制芯片10，所述的温敏电阻7一端连接电源，其中的一端连接所述的控制芯片10的引脚2；随着温度的变化，引脚2上的电压会与温敏电阻7变化的阻值一一对应，控制芯片10通过内部数模转化模块将温度值转换为数字信号，处理并保存到EEPROM中；此时通过外部通讯接口一和外部通讯接口11向控制芯片引脚7、8脚输送数字信号，控制芯片在1脚上输出对应的电压V3，调整使得V3+V2=V1；所述的控制芯片辅助电路9连接到控制芯片10的引脚3和引脚4上，控制芯片辅助电路为控制芯片提供工作频率及其他必要工作条件；控制芯片10上的VCC端连接电源GND端接地，并且控制芯片10的引脚7和引脚8分别连接外部通讯接口一16和外部通讯接口二11，外部通讯电路接到控制芯片10后，可读取温度值并写入补偿数据，经控制芯片10分析后输送到其输出端；

所述的输出补偿电路由运算放大器6和电阻一4、电阻二5，所述的运算放大器6的反向输入端接电阻一4、同向输入端接电阻二5与磁传感器3的两个端口相连，输出端口13连接到控制芯片辅助电路9，控制芯片10的引脚1接到磁传感器3两端输出的其中一端，这个端口与运算放大器6的同向输入端相连，通过控制芯片10输出偏置电压的改变使得磁传感器两个输出引脚在磁场为零时电压相等，进一步的，上述结果实现后，磁传感器输出的差分信号经运算放大器放大后的信号为零，或接近于零。

所述控制芯片MCU采用MS83F0802B芯片，所述控制芯片MCU设有eeprom芯片和RAM芯片；

所述的温敏电阻采用NTC3470K、分压电阻采用MCP4017；

本发明对直流电流传感器的零点和幅值进行软件校准，并根据温度传感器NTC采集的温度点，对传感器进行软件补偿。本发明通过PWM方式对传感器的零点输出进行调整，PWM占空比从0.4%到99.6%，对应的寄存器值为01H~FEH。通过调整数字电位器的阻值改变传感器的电路放大倍数，从而实现传感器输出幅值的校准，数字电位器的对应寄存器为01H~7FH。

所述的中断服务程序模块由串口读数据RX模块和串口发数据TX模块组 成，所述的串口读数据RX模块包含串口收数据模块、开始校验位、校验变量值、 UART通讯口数据模块和串口协议奇偶校验变量，所述的串口收数据模块包括温 度读取区间值、协议变量值和数据索引值；所述的UART通讯口数据模块包括 UART通讯口RX值和UART通讯口成功标志位。所述的串口发数据TX模块 包括串口发数据模块、UART通讯口模块和校验变量值，所述的串口发数据模块 包括串口发数据值、协议变量值、数据索引值；所述的UART通讯口模块包括UART通讯口TX值；所述的串口读数据RX模块，所述的串口读数据RX模块 的步骤为：

第一步：设定所述的温度读取区间值和所述的协议变量值以及数据索引值；

第二步：读取所述串口数据的温度读取区间值、协议变量值和数据索引值；

第三步：如果协议变量值大于等于1，则协议变量值等于0、开始校验位等 于0，转第七步；否则，协议变量值等于0，转第七步；如果数据索引值小于等 于8或大于等于10，转第四步；否则，如果数据索引值大于8且小于等于9，转 第六步；如果数据索引值大于9，则校验变量值、数据索引值以及串口收数据标 志位都为0，转第七步；

第四步：数据索引值递增，如果数据递增后的数据索引值小于9，则串口收 数据，转第五步；

第五步：如果UART通讯口RX值等于1，则串口接收数据值等于0x80、 串口协议奇偶校验变量等于0xfe，转第七步；

第六步：判断UART通讯口RX值和校验变量值是否等于1，如果等于是， 则UART通讯口成功标志位等于1；否则UART通讯口成功标志位等于0，转第 七步；

第七步：结束。

所述的串口发数据TX模块，所述的串口发数据TX模块的步骤为：

第一步：读取所述的串口发数据设定的协议变量值和数据索引值；

第二步：如果协议变量值大于等于2，则协议变量值等于0，数据索引值递 增；如果数据索引值小于9，转第三步；如果数据索引值大于八且小于等于9转 第四步；如果数据索引值大于9小于10，则校验变量值、数据索引值以及UART 通讯口TX值等于0，转第五步；

第三步：如果串口发数据值等于0x01，则UART通讯口TX值等于1、校验 变量值等于0xfe，转第五步；否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第四步：如果校验变量值等于1，则UART通讯口TX值等于1，转第五步； 否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第五步：结束。

所述的ADC采样程序模块如图5所示，所述ADC采样程序模块包含温度校准模块和ADC采集函数，所述温度校准模块包括温度校准点值、串口调试标志位、PWM数值、I2C数值，所述ADC采集函数设有温度矩阵[n]和校准值，所述校准值包括AD采样值、NTC电压数值、NTC温度值，n为正整数。

所述的ADC采样程序模块的步骤为：

第一步：设定所述ADC采集函数的所述参数，温度校准个数为k，k为正整数；

第二步：如果所述温度校准点值等于1，则所述串口调试标志位等于0、所述PWM数值写入所述RAM芯片、所述I2C数值写入所述RAM芯片，转第六步；否则，转第三步；

第三步：所述NTC电压数值等于所述AD采样值，如果所述AD采样值不等于所述NTC温度值，则设定所述AD采样值等于所述NTC温度值，转第四步；

第四步：如果所述NTC温度值小于所述温度矩阵[0]+1，则各所述校准值保持不变，转第五步；如果所述NTC温度值大于所述温度矩阵[k-1]，则所述校准值等于所述温度矩阵[k-1]，转第五步；否则，PWM数值写入所述RAM芯片、I2C数值写入所述RAM芯片，转第五步；

第五步：所述串口调试标志位等于0；

第六步：结束。

本发明对直流电流传感器的零点和幅值进行软件校准，并通过通过中断服务程序，更好更快利用有限的系统资源解决系统响应速度和运行效率。

Claims (3)

1.一种直流电流传感器外部事件中断处理方法，其特征是：所述方法利用控制芯片MCU、温度传感器采样电路、控制芯片辅助电路、输出补偿电路对外部事件中断服务进行处理，控制芯片MCU设有UART通讯口，利用中断服务模块对UART通讯口的数据进行读写，进而对直流电流传感器的进行软件校准，根据温度传感器NTC采集的温度点，对温度传感器进行软件补偿，通过PWM方式对温度传感器的零点输出进行调整，PWM占空比从0.4%到99.6%，对应的寄存器值为01H~FEH，所述控制芯片辅助电路设有数字电位器，所述数字电位器的对应寄存器为01H~7FH，通过调整所述数字电位器的阻值改变传感器的电路放大倍数，实现温度传感器输出幅值的校准；所述的中断服务模块包括串口读数据RX模块和串口发数据TX模块，所述的串口读数据RX模块包含串口收数据模块、开始校验位、校验变量值、UART通讯口数据模块和串口协议奇偶校验变量，所述的串口收数据模块包括温度读取区间值、协议变量值和数据索引值；所述的UART通讯口数据模块包括UART通讯口 RX 值和UART通讯口成功标志位。

2.根据权利要求1所述的直流电流传感器外部事件中断处理方法所述的串口，其特征是：所述的串口发数据TX模块包括串口发数据模块、UART通讯口模块和校验变量值，所述的串口发数据模块包括串口发数据值、协议变量值、数据索引值；所述的UART通讯口模块包括UART通讯口 TX值；

读数据RX模块的步骤为：

第一步：设定所述的温度读取区间值和所述的协议变量值、所述数据索引值；

第二步：读取所述串口数据的温度读取区间值、协议变量值和数据索引值；

第三步：如果协议变量值大于等于1，则协议变量值等于0、开始校验位等于0，转第七步；否则，协议变量值等于0，转第七步；如果数据索引值小于等于8或大于等于10，转第四步；否则，如果数据索引值大于8且小于等于9，转第六步；如果数据索引值大于9，则校验变量值、数据索引值以及串口收数据标志位都为0，转第七步；

第四步：数据索引值递增，如果数据递增后的数据索引值小于9，则串口收数据，转第五步；

第五步：如果UART通讯口 RX值等于1，则串口接收数据值等于0x80、串口协议奇偶校验变量等于0xfe，转第七步；

第六步：判断UART通讯口 RX值和校验变量值是否等于1，如果等于是，则UART通讯口成功标志位等于1；否则UART通讯口成功标志位等于0，转第七步；

第七步：结束。

3.根据权利要求1或2所述的直流电流传感器外部事件中断处理方法所述的串口，其特征是：所述的串口发数据TX模块的步骤为：

第一步：读取所述的串口发数据设定的协议变量值和数据索引值；

第二步：如果协议变量值大于等于2，则协议变量值等于0，数据索引值递增；如果数据索引值小于9，转第三步；如果数据索引值大于八且小于等于9转第四步；如果数据索引值大于9小于10，则校验变量值、数据索引值以及UART通讯口 TX值等于0，转第五步；

第三步：如果串口发数据值等于0x01，则UART通讯口TX值等于1、校验变量值等于0xfe，转第五步；否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第四步：如果校验变量值等于1，则UART通讯口TX值等于1，转第五步；否则，UART通讯口TX值等于0，转第五步；

第五步：结束。

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