CN115459451B - 一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，属于开关量传感器技术领域，具体方法包括：标定装置单片机串行输出口经逻辑转换后控制电压输出，产生两种电源电压为传感器进行供电，将待传输的数据转变为电源电压的高低变化信号；该电源在传感器中通过电源采样电路进行采样，并将采样数据送至传感器单片机的电压比较器与指定电压进行比较，获得对应比较结果，将获得的比较结果从电压比较器输出引脚输出，并将该输出连接到传感器单片机的串行口输入引脚上，构成标定装置串行数据输出到传感器串行数据输入的通路；利用电源回路实现数据从控制器到传感器的传输；利用开关量传感器固有的信号输出线实现数据从传感器到控制器的传输。

Description

一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法

技术领域

本发明属于开关量传感器技术领域，具体是一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法。

背景技术

开关量传感器是工业自动化设备的神经末梢，应用非常广泛。但传感器的生产过程工艺比较复杂，传感器的性能受工艺影响较大。比如检测距离、温度补偿等等。特别是随着单片机的应用越来越广泛，智能开关量传感器的设计也越来越多。通过通讯的方式实现传感器的标定、补偿修正，甚至软件的在线升级已经变得可能。

多数通讯补偿在传感器半成品阶段可以进行，但是产品完成生产后，通讯接口被封闭在产品内部，通讯接口无法连接，不能再进行二次标定。部分能实现二次标定的技术方案多为通过输出线或通过电源线实现的单线通讯技术，如基于电源线载波的单线通讯技术，基于输出线进行通讯的IO-LINK技术。这些技术在实际应用中，均需要使用专用的转换芯片来实现，实现成本较高。由于传感器的用量很大，降低成本又能满足标定、补偿和软件升级的新的通讯方式具有良好的市场意义。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，具体方法包括：

标定装置单片机串行输出口经逻辑转换后控制电压输出，产生两种电源电压为传感器进行供电，将待传输的数据转变为电源电压的高低变化信号；该电源在传感器中通过电源采样电路进行采样，并将采样数据送至传感器单片机的电压比较器与指定电压进行比较，获得对应比较结果，将获得的比较结果从电压比较器输出引脚输出，并将该输出连接到传感器单片机的串行口输入引脚上，构成标定装置串行数据输出到传感器串行数据输入的通路。

进一步地，将电源线连接至D1，在D1的正相端增加两个电阻R1、R2进行分压，通过单片机内置的比较器实现电平转换，当传感器中的CPU不具有电压比较器时，经三极管Q2将分压转换成高低电平，提供给传感器单片机内部串口，实现数据的接收。

进一步地，在标定装置中加入电平转换电路，用于转换传感器传输过来的高低电平信号，又将传感器中CPU的串行口作了功能复用，在数据传输时作串行输出引脚，非目标时间作为普通IO口输出，以输出传感器的感应状态。

进一步地，指定电压的设置方式为：

进行数据模拟实验，获得若干组模拟数据，为每组模拟数据设置对应的符合区间，进行符合区间统计分析，获得范围电压区间，将获得的范围电压区间分割为若干个片段区间，进行片段区间的代表抗干扰值计算，根据计算的代表抗干扰值选择对应的片段区间为目标区间，在目标区间中选择对应的指定电压。

进一步地，进行片段区间的代表抗干扰值计算的方法包括：

根据片段区间数量在各个片段区间内等分插入对应的插入点，将插入点标记为i，其中i=1、2、……、n，n为正整数；识别插入点的电压值，标记为插入值Ui，设置定位值，将设置的定位值标记为Uo，获取标定装置和传感器历史运行数据，对标定装置和传感器历史运行数据进行分析，设置插入值对应的适应值以及对应的概率调整系数，将适应值标记为SYi，将概率调整系数标记为βi，根据公式计算代表抗干扰值，其中α为电压值转化系数。

进一步地，在目标区间中选择对应的指定电压的方法包括：

根据公式βi×SYi-α×|Ui-U0|计算各个插入点的插入代表值，根据目标区间内各个插入代表值生成区间曲线图，识别区间曲线顶点对应的电压值，标记为指定电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用电源回路实现数据从控制器到传感器的传输；利用开关量传感器固有的信号输出线实现数据从传感器到控制器的传输；通过较低的成本实现了双向传输；通过一个与传感器对应的标定装置实现与传感器的信号转换，可根据传感器的类型进行配置逻辑；通过该电路，实现产品的距离标定、补偿和软件升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明原理框图；

图2为本发明实施例中CPU不含电压比较器的电路补充图；

图3为本发明电平转换电路示意图。

实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，具体方法包括：

标定装置单片机串行输出口(TXD)经逻辑转换后控制电压输出，产生两种电源电压为传感器进行供电，这样待传输的数据就转变成了电源电压的高低变化，即将待传输的数据转变为电源电压的高低变化信号；该电源在传感器中通过电源采样电路进行采样，并将采样数据送至传感器单片机的电压比较器与指定电压进行比较，获得对应比较结果，将获得的比较结果从电压比较器输出引脚输出，并将该输出连接到传感器单片机的串行口输入引脚上，构成标定装置串行数据输出到传感器串行数据输入的通路。

在一个实施例中，指定电压是通过人工的方式根据模拟验证数据进行设置的预设值，即通过人工的方式根据测试和经验进行设置。

在另一个实施例中，因为通过人工经验的方式进行设置指定电压具有较大的局限性，且对工作人员的能力水平具有较高的要求，因此在本实施例中提出另一种方法，指定电压的设置方式为：

进行数据模拟实验，获得若干组模拟数据，即通过人工的方式进行模拟，具体的为本领域常识，为每组模拟数据设置对应的符合区间，即通过人工的方式根据指定电压的设置要求确定符合模拟数据的电压区间，即对于该组模拟数据而言，指定电压在符合区间内均可，进行符合区间统计分析，获得范围电压区间，将获得的范围电压区间分割为若干个片段区间，进行片段区间的代表抗干扰值计算，根据计算的代表抗干扰值选择对应的片段区间为目标区间，即最大代表抗干扰值对应的片段区间；在目标区间中选择对应的指定电压。

进行符合区间统计分析的方法为：计算所有符合区间的交集，将对应的区间交集标记为范围电压区间，当出现无交集的情况时，识别对应的异常区间，并进行剔除。

将获得的范围电压区间分割为若干个片段区间的方法包括：

建立分割模型，所述分割模型用于确定范围电压区间的分割数量和片段区间长度，通过人工的方式设置对应的片段区间限制条件，如长度要求和数量要求，进而根据对应的限制条件通过人工的方式设置对应的训练集，基于CNN网络或DNN网络建立对应的分割模型，通过设置的训练集进行训练；通过建立的分割模型对范围电压区间进行分析，确定片段区间的长度，根据获得的片段区间长度进行范围电压区间的分割。

进行片段区间的代表抗干扰值计算的方法包括：

根据片段区间数量在各个片段区间内等分插入对应的插入点，将插入点标记为i，其中i=1、2、……、n，n为正整数；识别插入点的电压值，标记为插入值Ui，设置定位值，将设置的定位值标记为Uo，获取标定装置和传感器历史运行数据，对标定装置和传感器历史运行数据进行分析，设置插入值对应的适应值以及对应的概率调整系数，将适应值标记为SYi，将概率调整系数标记为βi，根据公式计算代表抗干扰值，其中α为电压值转化系数，用于进行单位转化，具体的通过人工的方式进行设置。

定位值是根据所有的模拟数据进行设置的，位于范围电压区间内，用于表示使用该值最多，具体的是通过人工的方式在设置模拟数据时同步设置。

对标定装置和传感器历史运行数据进行分析，设置各个片段区间对应的适应值以及对应的概率调整系数，即为对历史运行数据进行分析，获取可能出现的运行数据和工作环境，进行分析当指定电压为插入值时，在该运行数据和工作环境下的适应情况，以及出现对应不适应情况下的概率，进而设置对应的适应值和概率调整系数，具体的是基于CNN网络或DNN网络建立对应的适应分析模型，通过人工的方式设置的对应的训练集进行训练，通过训练成功后的适应分析模型进行分析，获得对应的适应值和概率调整系数。

在目标区间中选择对应的指定电压的方法包括：

根据公式βi×SYi-α×|Ui-U0|计算各个插入点的插入代表值，根据目标区间内各个插入代表值生成区间曲线图，即根据各个插入点对应的插入代表值进行曲线生成，通过现有的技术可以根据各个坐标点生成对应的曲线，并可以根据实际条件通过人工的方式设置对应曲线生成的限制条件，识别区间曲线顶点对应的电压值，标记为指定电压。

当传感器中的CPU不具有电压比较器时，也可以在CPU外增加其他形式的比较器，包括不限于三极管、运算放大器和比较器等电路来实现将电源电压的变化转换成通讯数据。

示例性的，如图2所示，将电源线连接至D1，D1为二极管，在D1的正相端增加两个电阻R1、R2进行分压，将分压提供给传感器单片机内部串口RX，实现数据的接收；

即将电源线连接至D1，在D1的正相端增加两个电阻R1、R2进行分压，通过单片机内置的比较器实现电平转换，当传感器中的CPU不具有电压比较器时，经三极管Q2将分压转换成高低电平，提供给传感器单片机内部串口，实现数据的接收。

进一步地，为满足较小的电源电压波动即可实现数据的可靠识别，可通过增加虚框中的转换电路将较小波动信号转换为电平信号，通过增加转换电路将目标波动信号转换为电平信号，目标波动信号就是对应较小波动信号。

虚框中的转换电路是针对不含比较器的CPU而添加的，对于有比较器的CPU有则不需要。

开关量的传感器本来就有高低电平输出，只是这个电平和标定装置中的串行数据传输用的电平不一样，如图3所示，本发明在标定装置中加入一个电平转换电路，用于转换传感器传输过来的高低电平信号，同时又将传感器中CPU的串行口作了功能复用，在数据传输时作串行输出引脚，非目标时间作为普通IO口输出以输出传感器的感应状态，非目标时间即其他时间。

在用于模拟量传感器标定时，传感器可以采用自身消耗电流变化的形式来传输数据到标定装置，对应的是标定装置中要增加精密电流变化检出器来将电流变化的信号转换成通讯的数据。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，其特征在于，具体方法包括：

标定装置单片机串行输出口经逻辑转换后控制电压输出，产生两种电源电压为传感器进行供电，将待传输的数据转变为电源电压的高低变化信号；该电源在传感器中通过电源采样电路进行采样，并将采样数据送至传感器单片机的电压比较器与指定电压进行比较，获得对应比较结果，将获得的比较结果从电压比较器输出引脚输出，并将该输出连接到传感器单片机的串行口输入引脚上，构成标定装置串行数据输出到传感器串行数据输入的通路；具体为在标定装置中加入电平转换电路，电平转换电路用于转换传感器传输过来的高低电平信号，将传感器中CPU的串行口作了功能复用，在数据传输时作串行输出引脚，非目标时间作为普通IO口输出以输出传感器的感应状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，其特征在于，将电源线连接至D1，在D1的正相端增加两个电阻R1、R2进行分压，通过单片机内置的比较器实现电平转换，当传感器中的CPU不具有电压比较器时，经三极管Q2将分压转换成高低电平，提供给传感器单片机内部串口，实现数据的接收。

3.根据权利要求1所述的一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，其特征在于，指定电压的设置方式为：

进行数据模拟实验，获得若干组模拟数据，为每组模拟数据设置对应的符合区间，进行符合区间统计分析，获得范围电压区间，将获得的范围电压区间分割为若干个片段区间，进行片段区间的代表抗干扰值计算，根据计算的代表抗干扰值选择对应的片段区间为目标区间，在目标区间中选择对应的指定电压。

4.根据权利要求3所述的一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，其特征在于，进行片段区间的代表抗干扰值计算的方法包括：

根据片段区间数量在各个片段区间内等分插入对应的插入点，将插入点标记为i，其中i=1、2、……、n，n为正整数；识别插入点的电压值，标记为插入值Ui，设置定位值，将设置的定位值标记为Uo，获取标定装置和传感器历史运行数据，对标定装置和传感器历史运行数据进行分析，设置插入值对应的适应值以及对应的概率调整系数，将适应值标记为SYi，将概率调整系数标记为βi，根据公式计算代表抗干扰值，其中α为电压值转化系数。

5.根据权利要求4所述的一种基于电源回路的开关量传感器的智能通讯方法，其特征在于，在目标区间中选择对应的指定电压的方法包括：

根据公式计算各个插入点的插入代表值，根据目标区间内各个插入代表值生成区间曲线图，识别区间曲线顶点对应的电压值，标记为指定电压。

Images