CN114513208A - 一种参数自校准系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种参数自校准系统，包括微控制器、可控开关、可调基准源、可调基准源输出压值调节电路、ADC采样点、运放电路、零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路，微控制器通过可调基准源输出压值调节电路与可调基准源连接，可调基准源、ADC采样点与可控开关连接，可控开关用于切换可调基准源校准回路和ADC采样点工作回路，可控开关与运放电路连接，运放电路与零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路、微控制器的AD采样口连接。本发明涉及参数自校准系统的控制方法。本发明省去了在开发阶段，多台样机测数据取平均值，获得基准参数的过程，而且可以忽略元器件的精度、零漂、温漂等因素导致的问题，产品的数据显示精度得到大大的提升。
Description
技术领域
本发明涉及参数校准技术领域，尤其涉及一种参数自校准系统及其控制方法。
背景技术
常规的产品主要通过多台样机测数据取平均值的方式，或者辅以简单的测试工装进行相应校准，获得基准参数。这两种方案，量产品大部分显示数据精度是满足要求的，但是因为设计阶段样品数量有限，再加上产品大批量生产时，由于元器件的精度、零漂、温漂等，导致部分量产品的精度不能满足要求，超出允许范围。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种参数自校准系统及其控制方法，可以省去在开发阶段，多台样机测数据取平均值，获得基准参数的过程，而且基本可以忽略元器件的精度、零漂、温漂等因素导致的问题，产品的数据显示精度得到大大的提升，且可靠、稳定。
本发明提供一种参数自校准系统，包括微控制器、可控开关、可调基准源、可调基准源输出压值调节电路、ADC采样点、运放电路、零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路，所述微控制器通过所述可调基准源输出压值调节电路与所述可调基准源连接，所述可调基准源、所述ADC采样点与所述可控开关连接，所述可控开关用于切换可调基准源校准回路和ADC采样点工作回路，所述可控开关与所述运放电路连接，所述运放电路与所述零点漂移抑制电路、所述温度漂移抑制电路、所述微控制器的AD采样口连接。
进一步地，所述可调基准源输出压值调节电路采用数字电位器。
进一步地，所述零点漂移抑制电路包括可调电阻，所述可调电阻串联在所述运放电路中运算放大器的调零端之间。
进一步地，所述温度漂移抑制电路包括第一热敏电阻、第二热敏电阻，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻串联在所述运放电路中运算放大器的调零端之间。
进一步地，还包括测试工装和直流稳压电源，所述测试工装接在所述ADC采样点处，所述测试工装与所述直流稳压电源连接。
一种参数自校准系统的控制方法，包括以下步骤：
定时切换导通回路，微控制器定时控制可控开关切换导通回路；
控制输出压值，当切换至可调基准源校正回路时，所述微控制器通过调节数字电位器数值控制可调基准源输出压值；
AD采样，选取若干可调基准源输出压值，通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口；
计算误差比例，经过所述微控制器内部运算得到实际的采集值，根据所述微控制器备份的对应的实际基准源电压值计算误差比例；
计算偏差校准系数和偏差补偿常数，若计算出的误差比例数值相等或者差值在允许范围内，则计算偏差校准系数和偏差补偿常数；
各ADC采样点参数采样，当切换至ADC采样点工作回路时，各ADC采样点参数通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口；
补偿计算，经过微控器内部运算得到实际的采样值，通过所述偏差校准系数和所述偏差补偿常数进行补偿，显示数据；
全量程分段补偿，若计算出的误差比例数值非线性关系，且差值超过范围，则对整个量程采样值进行分段处理，每段分别取若干数值，通过所述AD采样步骤至所述补偿计算步骤对每段量程采样值进行补偿。
进一步地，所述AD采样步骤中，选取的可调基准源输出压值包括接近产品量程的最高量程、接近产品量程的中间值和接近产品量程的最小量程。
进一步地，所述计算误差比例步骤中，误差比例计算公式为：
α1＝j/a
α2＝k/b
α3＝l/c
其中，α1为第一误差比例，a为接近产品量程的最高量程，j为微控制器内部备份的对应a的实际基准源电压值，α2为第二误差比例，b为接近产品量程的中间值，k为微控制器内部备份的对应b的实际基准源电压值，α3为第三误差比例，c为接近产品量程的最小量程，l为微控制器内部备份的对应c的实际基准源电压值；
所述计算偏差校准系数和偏差补偿常数步骤中，所述偏差校准系数为
α＝α3*α2/α1
所述偏差补偿常数为
β＝(j+k+l-α*(a+b+c))/3；
所述补偿计算步骤中，显示数据为
m＝α*n+β
其中，n为ADC采样点参数经过微控器内部运算得到实际的采样值。
进一步地，所述全量程分段补偿步骤中，将对整个量程采样值分成两段或三段，每段分别取3个数值，分别为最大值、中间值和最小值。
进一步地，还包括可调基准源校准步骤，当处于校准模式时，若计算出的误差比例的差值超过允许补偿范围，则判定可调基准源电路异常，并更换。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种参数自校准系统，包括微控制器、可控开关、可调基准源、可调基准源输出压值调节电路、ADC采样点、运放电路、零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路，微控制器通过可调基准源输出压值调节电路与可调基准源连接，可调基准源、ADC采样点与可控开关连接，可控开关用于切换可调基准源校准回路和ADC采样点工作回路，可控开关与运放电路连接，运放电路与零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路、微控制器的AD采样口连接。本发明涉及一种参数自校准系统的控制方法。本发明可以省去在开发阶段，多台样机测数据取平均值，获得基准参数的过程，而且基本可以忽略元器件的精度、零漂、温漂等因素导致的问题，产品的数据显示精度得到大大的提升，且可靠、稳定。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种参数自校准系统电路图；
图2为本发明的一种参数自校准系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种参数自校准系统，如图1所示，包括微控制器、可控开关、可调基准源、可调基准源输出压值调节电路、ADC采样点、运放电路、零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路，微控制器通过可调基准源输出压值调节电路与可调基准源连接，可调基准源、ADC采样点与可控开关连接，可控开关用于切换可调基准源校准回路和ADC采样点工作回路，可控开关与运放电路连接，运放电路与零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路、微控制器的AD采样口连接。
如图1所示，可调基准源输出压值调节电路采用数字电位器，数字电位器(DigitalPotentiometer)亦称数控可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器(模拟电位器)的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。数字电位器采用数控方式调节电阻值的，具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点，可在许多领域取代机械电位器。
如图1所示，运放电路包括运算放大器U1和周围电路，可控开关通过电阻R2与运算放大器的正向输入端连接，电阻R3接在电阻R2和运算放大器的正向输入端之间，运算放大器的反向输入端经电阻R1接地，运算放大器的反向输入端经电容C1、电容C2与其电源端连接，电容C1与电容C2直接接地，运算放大器的反向输入端经电阻R4与其输出端连接，运算放大器的增益设定端经电容C3与其可调端1号引脚连接，运算放大器的输出端经电阻R7与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与3.3V电源连接，第一二极管的正极与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极接地，电阻R8、电容C4的一端分别接在电阻R7和第一二极管的正极之间，微控制器的AD采样口PVsample设置在电容C4的一端处，电阻R8、电容C4的另一端接地。
如图1所示，零点漂移抑制电路包括可调电阻Radj1，可调电阻串联在运放电路中运算放大器U1的调零端即1号引脚和5号引脚之间，通过调节可调电阻Radj1实现手动调零，解决零点漂移问题。
如图1所示，温度漂移抑制电路包括第一热敏电阻RT1、第二热敏电阻RT2，第一热敏电阻和第二热敏电阻串联在运放电路中运算放大器的调零端即1号引脚和5号引脚之间，第一热敏电阻RT1经电阻R5与可调电阻Radj1连接，可调电阻Radj1经电阻R6与第二热敏电阻RT2连接，可调电阻Radj1的可调端与运算放大器的地端连接。通过在调零端(offsetnull)串接热敏器件RT1或RT2抑制温漂，运算放大器的温漂一般都存在线性关系，根据所选运算放大器的温度参数，选择规格合适的热敏器件进行匹配，根据运放温漂的数值正负方向，来调整RT1或RT2的参数，最终通过热敏器件的温度特性起到降低甚至消除ADC采样回路温漂的作用。
一般来讲，可调基准源模块电路的精度已经比较高了，通过这个过程，产品的参数显示基本很精确了。但是，为了避免可调基准源的精度或质量问题导致异常，本发明设计了相应的校准模式，出厂前会对可调基准源进行相应校准。校准的控制逻辑如下，只是把ADC采样点位置接上测试工装和标准直流稳压电源，对可调基准源进行补偿，如果超过允许补偿范围，则判断可调基准源模块电路异常，并更换。
一种参数自校准系统的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
定时切换导通回路，微控制器定时通过CAL_ctrl1控制可控开关切换导通回路，间隔时间以不影响客户体验为选定标准；
控制输出压值，当切换至可调基准源校正回路时，微控制器通过CAL_ctrl2调节数字电位器数值控制可调基准源输出压值；
AD采样，选取若干可调基准源输出压值，本实施例中，选取的可调基准源输出压值包括接近产品量程的最高量程a、接近产品量程的中间值b和接近产品量程的最小量程c。可调基准源输出压值通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口PVsample；
计算误差比例，经过微控制器内部运算得到实际的采集值，根据微控制器备份的对应的实际基准源电压值j、k、l计算误差比例。误差比例计算公式为：
α1＝j/a
α2＝k/b
α3＝l/c
其中，α1为第一误差比例，a为接近产品量程的最高量程，j为微控制器内部备份的对应a的实际基准源电压值，α2为第二误差比例，b为接近产品量程的中间值，k为微控制器内部备份的对应b的实际基准源电压值，α3为第三误差比例，c为接近产品量程的最小量程，l为微控制器内部备份的对应c的实际基准源电压值。
计算偏差校准系数和偏差补偿常数，若计算出的误差比例α1、α2、α3数值相等或者差值在允许范围内，则计算偏差校准系数和偏差补偿常数。偏差校准系数为
α＝α3*α2/α1
偏差补偿常数为
β＝(j+k+l-α*(a+b+c))/3。
各ADC采样点参数采样，正常工作时，可控开关切换至ADC采样点工作回路，各ADC采样点参数通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口；
补偿计算，经过微控器内部运算得到实际的采样值n，通过偏差校准系数和偏差补偿常数进行补偿，支持显示出精确的数据，显示数据：
m＝α*n+β。
全量程分段补偿，若计算出的误差比例数值非线性关系，且差值超过范围，则对整个量程采样值进行分段处理，根据实际情况选择分成两段或者三段，每段分别取若干数值，如每段分别取3个数值：最大值，中间值和最小值，通过AD采样步骤至补偿计算步骤对每段量程采样值进行补偿。
可调基准源校准，当处于校准模式时，校准的控制逻辑同上，对可调基准源进行补偿，若计算出的误差比例的差值超过允许补偿范围，则判定可调基准源电路异常，并更换。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种参数自校准系统，其特征在于：包括微控制器、可控开关、可调基准源、可调基准源输出压值调节电路、ADC采样点、运放电路、零点漂移抑制电路、温度漂移抑制电路，所述微控制器通过所述可调基准源输出压值调节电路与所述可调基准源连接，所述可调基准源、所述ADC采样点与所述可控开关连接，所述可控开关用于切换可调基准源校准回路和ADC采样点工作回路，所述可控开关与所述运放电路连接，所述运放电路与所述零点漂移抑制电路、所述温度漂移抑制电路、所述微控制器的AD采样口连接。
2.如权利要求1所述的一种参数自校准系统，其特征在于：所述可调基准源输出压值调节电路采用数字电位器。
3.如权利要求1所述的一种参数自校准系统，其特征在于：所述零点漂移抑制电路包括可调电阻，所述可调电阻串联在所述运放电路中运算放大器的调零端之间。
4.如权利要求1所述的一种参数自校准系统，其特征在于：所述温度漂移抑制电路包括第一热敏电阻、第二热敏电阻，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻串联在所述运放电路中运算放大器的调零端之间。
5.如权利要求1所述的一种参数自校准系统，其特征在于：还包括测试工装和直流稳压电源，所述测试工装接在所述ADC采样点处，所述测试工装与所述直流稳压电源连接。
6.一种参数自校准系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
定时切换导通回路，微控制器定时控制可控开关切换导通回路；
控制输出压值，当切换至可调基准源校正回路时，所述微控制器通过调节数字电位器数值控制可调基准源输出压值；
AD采样，选取若干可调基准源输出压值，通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口；
计算误差比例，经过所述微控制器内部运算得到实际的采集值，根据所述微控制器备份的对应的实际基准源电压值计算误差比例；
计算偏差校准系数和偏差补偿常数，若计算出的误差比例数值相等或者差值在允许范围内，则计算偏差校准系数和偏差补偿常数；
各ADC采样点参数采样，当切换至ADC采样点工作回路时，各ADC采样点参数通过可控开关导通回路，经过运算放大器的比例运算后，送到微控制器的AD采样口；
补偿计算，经过微控器内部运算得到实际的采样值，通过所述偏差校准系数和所述偏差补偿常数进行补偿，显示数据；
全量程分段补偿，若计算出的误差比例数值非线性关系，且差值超过范围，则对整个量程采样值进行分段处理，每段分别取若干数值，通过所述AD采样步骤至所述补偿计算步骤对每段量程采样值进行补偿。
7.如权利要求6所述的一种参数自校准系统的控制方法，其特征在于：所述AD采样步骤中，选取的可调基准源输出压值包括接近产品量程的最高量程、接近产品量程的中间值和接近产品量程的最小量程。
8.如权利要求7所述的一种参数自校准系统的控制方法，其特征在于：所述计算误差比例步骤中，误差比例计算公式为：
α1＝j/a
α2＝k/b
α3＝l/c
其中，α1为第一误差比例，a为接近产品量程的最高量程，j为微控制器内部备份的对应a的实际基准源电压值，α2为第二误差比例，b为接近产品量程的中间值，k为微控制器内部备份的对应b的实际基准源电压值，α3为第三误差比例，c为接近产品量程的最小量程，l为微控制器内部备份的对应c的实际基准源电压值；
所述计算偏差校准系数和偏差补偿常数步骤中，所述偏差校准系数为
α＝α3*α2/α1
所述偏差补偿常数为
β＝(j+k+l-α*(a+b+c))/3；
所述补偿计算步骤中，显示数据为
m＝α*n+β
其中，n为ADC采样点参数经过微控器内部运算得到实际的采样值。
9.如权利要求6所述的一种参数自校准系统的控制方法，其特征在于：所述全量程分段补偿步骤中，将对整个量程采样值分成两段或三段，每段分别取3个数值，分别为最大值、中间值和最小值。
10.如权利要求8所述的一种参数自校准系统的控制方法，其特征在于：还包括可调基准源校准步骤，当处于校准模式时，若计算出的误差比例的差值超过允许补偿范围，则判定可调基准源电路异常，并更换。
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