高精度的压力采集方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液体压力测量领域，尤其涉及高精度的压力采集方法和系统。
【背景技术】
[0002] 在测量/测试管路两端水压力差时，目前市场上尚未有专门的测压差的传感器。 因而，通常是通过水压力传感器测量进水口压力和测量出水口压力的然后做差，而进行压 差测试的。这种压力差测试方法存在缺陷：由于两端的测试到的压力的数据本身存在偏差 /误差，那么得到的压差结果的偏差/误差会更大。这种测试方法在供电电源质量不高的场 合，会产生非常大的误差，也会使采集到的结果不停地跳动，即测试精度太低。
[0003] 具体地，现有的利用水压力传感器（下面称压力传感器）测试水压力的公式为 压力值P= (Vout-5)/2MP，其中Vout为压力传感器采集电压，单位为伏特（V)，压力值 P单位为兆帕（MP);如果用此压力传感器测试后，计算水压力差的公式为压力差值ΔΡ= (Vout2 -Voutl)/2ΜΡ，Voutl、Vout2分别为壳管两端的压力传感器的采集电压，单位为伏特 (V)，压力差值ΔΡ单位为兆帕（MP)。压力传感器测壳管的压力时，单纯从压力方面看，压力 传感器测MP级的压力（如10MP级），则误差最大在10KP时还是可以接受，但是测壳管两端 水流压力而计算压力差时，由于水流缓慢，工程上这个压力差在很小范围内变化即压力差 值一般比较小（如80KP左右），那么误差10KP~20KP的误差就显得很大，不能接受了。
[0004] 而在实际应用中，压力传感器测试板的供电受开关电源纹波的影响，一般在200 毫伏（mV)左右，这个值代换到压差值时为10KP，极端情况时，这个值可以到达20KP，这就大 大超出了我们的预期。并且，主板电源供电存在的电源纹波干扰，使得采样电压结果在实际 值周围波动，按通道分别使用AD采集芯片采集得到的压力模拟量并非同步，由于综合电源 纹波与采集时序不同，得到的压力模拟量就不是确定值，计算压力差时两个压力时序不同 步，压力差也不是稳定值，最终计算出的结果就会不停跳动。
[0005]因此，由于采集传输线上耦合的纹波和由于管路水流不稳定这两个因素，会导致 采集到的结果不稳定、误差大，压力测试精度太低，最终计算出来的结果会不停地跳动。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种高精度的压力采集方 法和系统，以解决通过差分电路和数字滤波算法处理纹波来提升压力采集的精度的问题， 进而以低成本、简便的方式，获得高精度的采集数据、更准确的压差测试结果。
[0007] 本发明一方面提供一种高精度的压力采集方法，包括：利用差分电路在计算压差 时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压差值；对所述压差值进行数字滤波，进一步滤除异 常超范围的信号，显示经滤波后的压差值结果作为最终结果。
[0008]其中，利用差分电路在计算压差时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压差值，包 括：处理采集信号的耦合的纹波，是去除压力采集时两个传输线上同时受到开关电源影响 的纹波信号而得到经过处理后的压差值。
[0009] 其中，利用差分电路在计算压差时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压差值，还 包括：在压差计算时，基于用两个压力传感器进行管路两端的压力采集时，给压力传感器的 供电是等值的，采集信号的耦合纹波也就是等幅等相位的，把等幅等相位的纹波相减，以滤 除掉压差信号上的纹波。
[0010] 其中，利用差分电路在计算压差时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压差值，还 包括：所述差分电路采用TI厂家的TM4C芯片的内置差分模块的功能，利用该模块去除掉采 集时两个传输线上同时受开关电源影响的纹波信号。
[0011] 其中，对所述压差值进行数字滤波，进一步滤除异常超范围的信号，显示经滤波后 的压差值结果作为最终结果，包括：将所述压差值通过数字滤波算法滤除异常超范围的信 号，以避免计算结果的跳动，最终得到的压差值结果稳定在测试结果处，并作为最终结果显 不。
[0012] 本发明另一方面提供一种高精度的压力采集系统，包括：纹波装置，用于利用差分 电路在计算压差时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压差值；过滤装置，用于对所述压差 值进行数字滤波，进一步滤除异常超范围的信号，显示经滤波后的压差值结果作为最终结 果。
[0013] 其中，纹波装置，包括：处理采集信号的耦合的纹波，是去除压力采集时两个传输 线上同时受到开关电源影响的纹波信号而得到经过处理后的压差值。
[0014] 其中，纹波装置，还包括：在压差计算时，基于用两个压力传感器进行管路两端的 压力采集时，给压力传感器的供电是等值的，采集信号的耦合纹波也就是等幅等相位的，把 等幅等相位的纹波相减，以滤除掉压差信号上的纹波。
[0015] 其中，纹波装置，还包括：所述差分电路采用TI厂家的TM4C芯片的内置差分模块 的功能，利用该模块去除掉采集时两个传输线上同时受开关电源影响的纹波信号。
[0016] 其中，过滤装置，包括：将所述压差值通过数字滤波算法滤除异常超范围的信号， 以避免计算结果的跳动，最终得到的压差值结果稳定在测试结果处，并作为最终结果显示。
[0017] 本发明的方案，通过使用TI的TM4C123GE6PZ芯片内部特有的差分采样功能，对压 差信号计算时的共模纹波信号（共模纹波作为谐波中的一种，是共模干扰耦合到电路上产 生的纹波）进行滤除，并通过数字滤波算法（例如：可以以程序编写的方式嵌入在MCU芯片 或主控芯片如TM4C123GE6PZ芯片内）对压力传感器采集到的因为水流动产生的纹波（压 力传感器没有自身纹波，压力传感器最终测量得到的压力差值是由共模纹波信号、水流动 产生的纹波、采集信号的耦合纹波、以及电源纹波共同作用产生的）进行滤除（例如：可以 通过差分电路对压力传感器采集得到的信号如压力差值进行过滤处理），提升了压力信号 采集精度如压力差误差控制在〇~2KP，提高了压差计算的准确度，进而以低成本、简便的 方式改进了压差的测试。
【附图说明】
[0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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：
[0019] 图1是本发明的高精度的压力采集方法的一实施例的流程图；
[0020] 图2是本发明的方案使用的TM4C123GE6PZ内置差分模拟转换器及外围接口电路 一实施例的示意图；
[0021] 图3是本发明的高精度的压力采集系统的一实施例的结构框图；
[0022] 图4是本发明的系统中差分电路具体应用的一实施例的结构框图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及 相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一 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。
[0024] 根据发明的实施例，提供了一种高精度的压力采集方法。如图1所示本发明的高 精度的压力采集方法的一实施例的流程图。
[0025] 在步骤S110,利用差分电路在计算压差时，处理采集信号的耦合的纹波后获得压 差值。
[0026] 其中，可以通过主控芯片TM4C的模拟量采集口并结合外部压力传感器采样电路， 实现通用的压力差检测方案，从而对采样过程中采样数据不准确的问题提出了一种优化方 式。
[0027] 其中，处理采集信号的耦合的纹波，可以是去除压力采集时两个传输线上同时受 到开关电源影响的纹波信号，从而得到经过处理后的压差值。
[0028] 其中，用两个压力传感器进行管路两端的压力采集时，给压力传感器的供电（电 压）基本是等值的，采集信号的耦合纹波也就是等幅等相位的，可以在压差计算时，把此部 分等幅等相位的纹波相减，而滤除掉压差信号上的纹波。
[0029] 进一步，差分电路（例如：可以通过外部压力传感和检测电路进行压力值采集，通 过芯片内部的差分模块进行硬件滤波，再通过芯片中嵌入式编写的程序进行软件滤波和计 算出压力差数值）可以采用德州仪器TI厂家的TM4C芯片的内置差分模块的功能。具体地， TI的TM4C的M4芯片专门针对工控级现场提供解决方案，内部集成了丰富的模拟量数字量 转换器ADC(analoguetodigitalconverter)资源，精度在12位，同时针对电机控制，其 还内含了正交编码器，4路PWM输出信号。
[0030] 在一个例子中，差分电路的应用可以很简单，如在测试管体两端进出口水的压力 差时，会在进口入安装一个压力传感器，在出口处安装一个压力传感器。只需要两个传感器 的电线直接接到上述采集电路上，就可以得到压力差的值（这个值是通过两个传感器采集 到的压力值的电压信号在芯片内部通过程序做计算得到的）。
[0031] 例如：精度可以控制到0~3kp以内，在没有使用本发明的方案时检测到的压力差 误差在-100kp到100kp以内。空调系统对壳管两端压力差的精度要求在10KP以内。
[0032] 例如：具体应用参加图4所示的例子。在图4中空调壳管（如空调壳管310)两端 安装压力传感器（如压力传感器320)，压力传感器的电线（如压力传感器电线330)连接到 压力采样模块（如压力采样模块340)上，这样把的压力对应的信号传到TM4C123GE6PZ里， 在TM4C123GE6PZ进行程序编写来计算出整个壳管两端的压力差。通过测试在壳管没有水 流动（也可以把压力传感器从壳管上取下来作为空载情况进行测试）时，压力差应当为零。 使用传统的检测模式，由于电源纹波的影响，压力差计算结果为100KP左右，使用本发明的 方法进行检测时压力差为3KP以内，可以误差就已经很小了（例如：从100KP降到3KP)。
[0033] 这