专利名称：水处理模拟数据采集系统自动校准装置及方法
技术领域：
本发明涉及水处理模拟数据采集系统自动校准装置及方法，属于工业过程控制领域。
背景技术：
在工业领域，多数传感器输出的标准的4mA-20mA的电流信号，模拟数据采集系统如果未经校准，电路中的数据采集系统的误差会影响传感器的测量精度，在使用前必须对模拟数据采集系统进行校准。目前模拟信号采集系统的数据校准方法有软件校准、硬件半自动校准、全自动校准等方法。软件校准的方式虽然原理比较简单，但不具备通用性，更换板卡后必须全部重新校准，工作量很大，同时校准后不能直观的看出校准误差，不易标定。硬件半自动校准方式具备一定的通用性，且避免了更换板卡后重新校准的问题， 但校准的过程中需要重新烧写程序，同样给校准工作带来了不便。上述校准方式误差大，不能满足工业标准，且操作复杂，通用性差。
发明内容
本发明目的是为了解决现有针对水处理模拟数据采集系统的校准方式存在误差大，不能满足工业标准，且操作复杂，通用性差的问题，提供了一种水处理模拟数据采集系统自动校准装置及方法。本发明所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，它包括单片机控制模块、DA 转换模块、VI变换模块、液晶显示模块、键盘输入模块和模拟输入接口模块，键盘输入模块的输出端与单片机控制模块的按键信息输入端相连，单片机控制模块的显示输出端与液晶显示模块的输入端相连，单片机控制模块的标准电流信号控制输出端与DA转换模块的数字信号输入端相连，DA转换模块的模拟信号输出端与VI变换模块的电压信号输入端相连，VI变换模块的标准电流信号输出端与模拟输入接口模块的标准电流输入端相连，模拟输入接口模块的数据输入输出端与单片机控制模块的数据输入输出端相连。基于上述装置的校准方法，该方法为单片机控制模块控制DA转换模块和VI变换模块形成标准电流信号给模拟输入接口模块，模拟输入接口模块完成待校准的模拟输入板卡和单片机控制模块之间的通信，实现模拟输入板卡和单片机控制模块之间的数据交换，模拟输入板卡根据单片机控制模块提供的工业标准电流信号，并在单片机控制模块控制下完成校准，并将校准误差系数存储，并由液晶显示模块显示，液晶显示模块同时显示校准过程。本发明的优点本发明通过单片机控制高精度模拟数据输出模块，通过多路独立的VI变换，避免了各个通道之间的分流效应，将DA产生的模拟电压信号变换为独立的电流信号，采用在应用编程技术应用在校准系统中，使得应用程序能够在线修改EEPROM的数据，实现了全自动校准功能。该系统不但具备通用性，校准电路系数调整好之后就不需要再更改，而且校准系统的误差系数存于EEPROM中，不需要重新烧写程序，只需将待标定板卡插入校准设备，便可以自动实现校准功能并给出校准误差。本发明采用在应用编程方式在线操作EEPROM的内容实现数据校准，从而能够实现对模拟输入板卡的全自动校准，而不需要更改电路和程序。校准过程中，板卡通过在应用编程方式将误差系数存储于EEPROM中，用于修正测量值，校准后的板卡误差很小，可达到 1 %。以内，完全满足工业上的标准。
图1是本发明所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置的结构示意图；图2是本发明校准过程流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，它包括单片机控制模块1、DA转换模块2、VI变换模块3、液晶显示模块4、键盘输入模块5和模拟输入接口模块6，键盘输入模块5的输出端与单片机控制模块1的按键信息输入端相连，单片机控制模块1的显示输出端与液晶显示模块4的输入端相连，单片机控制模块1的标准电流信号控制输出端与DA转换模块2的数字信号输入端相连，DA转换模块2的模拟信号输出端与VI变换模块3的电压信号输入端相连，VI变换模块3的标准电流信号输出端与模拟输入接口模块6的标准电流输入端相连，模拟输入接口模块6的数据输入输出端与单片机控制模块1的数据输入输出端相连。 键盘输入模块5使用了 3个独立按键与单片机控制模块1的GPIO来控制，用来接收用户的输入，传给单片机控制模块1。
具体实施方式
二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，单片机控制模块1采用增强型51单片机STC12C5A60S2实现。
具体实施方式
三本实施方式对实施方式一作进一步说明，DA转换模块2采用14 位或16位的DA芯片实现。本实施方式给出一个具体的型号美信公司的14位DA芯片 MAX5170。
具体实施方式
四本实施方式对实施方式一作进一步说明，VI变换模块3由多路独立的VI变换电路组成。VI变换模块3完成将DA转换模块2产生的电压信号转化为工业标准的电流信号的功能，得到的工业标准电流信号送到模拟输入接口模块6上。VI变换模块3采用多个经过精密校准的独立VI变换单元，用来产生多路互不干扰的高精度电流信号，从而能够精确的校准每路模拟输入信号。
具体实施方式
五本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述VI变换电路采用 MOSFET或者功率三极管实现。本实施方式给出一个具体的型号IRF9640 MOSFET0具体实施方式
六本实施方式对实施方式一作进一步说明，模拟输入接口模块6与模拟输入板卡通信的预留口为串口、SPI总线及独立IO方式的接口。多种类型的接口为校准各种模拟输入板卡提供了方便。
具体实施方式
七本实施方式对实施方式一作进一步说明，液晶显示模块4采用通用12864液晶屏。本实施方式给出一个具体的型号KS0108的通用12864液晶屏。单片机控制模块1将测试过程和结果显示在液晶显示模块4中。本发明中液晶显示模块4和单片机控制模块1之间采用8位并口的方式相连接。用来显示校准状态和校准后的误差。
具体实施方式
八下面结合图1和图2说明本实施方式，基于实施方式一所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置的校准方法，该方法为单片机控制模块1输出标准电流信号的数字信号给DA转换模块2，并控制DA转换模块2将数字信号转换成模拟电压信号给VI变换模块3，该VI变换模块3将输入的模拟电压信号转换成工业标准电流信号输出给模拟输入接口模块6，模拟输入接口模块6将该工业标准电流信号输出给外部待校准的模拟输入板卡，并实现所述待校准的模拟输入板卡和单片机控制模块1之间的数据交换，待校准的模拟输入板卡根据输入的工业标准电流信号，并在单片机控制模块1控制下完成校准，并将校准误差系数存储，并由液晶显示模块 4显示，液晶显示模块4同时显示校准过程中的参数。所述标准工业电流信号为4mA-20mA的电流信号，校准时根据标准电流信号计算误差系数，并通过系统的在应用编程功能将误差系数存在EEPROM中，从而实现模拟输入板卡的自动校准功能。校准后的模拟输入板卡工作时，会通过EEPROM中保存的误差系数自动修正测量值，最终达到规定精度的电流采样值。单片机控制模块1输出的工业标准电流信号为数字信号，该数字信号通过高精度的DA转换模块2得到的准确电压信号，并将该电压信号做为基准的校准源。图2是本发明的软件流程图，系统上电后，单片机完成测试系统的初始化工作，等待按键选择是否进入校准模式。进入后，该测试系统向模拟输入板卡发送标准电流信号， 等待板卡稳定后，通知板卡保存当前采样值，板卡通过各点采样值计算出误差系数，并通过在应用编程保存在EEPROM中。操作完成后，自动进行下一个标准值的校准。整个通道的校准值都校准完毕之后，再进行下一个通道的校准，最终完成全部通道的校准工作。校准结束后，单片机控制模拟输入板进入正常工作模式，向模拟输入板卡输入测试电流信号，通过检测模拟输入板的输出结果，计算校准后的误差，并将该误差值显示在液晶上。经过上述流程，可最终将待校准板卡的误差控制在1%。以内。
具体实施方式
九本实施方式对实施方式八作进一步说明，在单片机控制模块1 控制下完成校准的的过程为待校准的模拟输入板卡将模拟输入接口模块6输入的工业标准电流转换成数字信号通过模拟输入接口模块6发送给单片机控制模块1，该单片机控制模块1将模拟输入接口模块6发送的数字信号与其输出给DA转换模块2的标准电流信号的数字信号进行比较，进而获得校准误差系数，然后，将该校准误差系数通过模拟输入接口模块6发送并存储在待校准的模拟输入板卡的EEPROM中，从而实现模拟输入板卡的自动校准。校准后的模拟输入板卡工作时，会通过EEPROM中保存的误差系数自动修正测量值，最终达到规定精度的电流采样值。
具体实施方式
十本实施方式对实施方式八作进一步说明，当待校准的模拟输入板卡有多路输入端口时，VI变换模块3输出多路工业标准电流，所述多路工业标准电流与模拟输入板卡有多路输入端口分别一一对应，获取多个校准误差系数。
权利要求
1.水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，它包括单片机控制模块(1)、 DA转换模块(2)、VI变换模块(3)、液晶显示模块⑷、键盘输入模块(5)和模拟输入接口模块(6)，键盘输入模块(5)的输出端与单片机控制模块(1)的按键信息输入端相连，单片机控制模块(1)的显示输出端与液晶显示模块(4)的输入端相连，单片机控制模块(1)的标准电流信号控制输出端与DA转换模块(2)的数字信号输入端相连，DA转换模块(2)的模拟信号输出端与VI变换模块(3)的电压信号输入端相连，VI 变换模块(3)的标准电流信号输出端与模拟输入接口模块(6)的标准电流输入端相连，模拟输入接口模块(6)的数据输入输出端与单片机控制模块(1)的数据输入输出端相连。
2.根据权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，单片机控制模块(1)采用增强型51单片机STC12C5A60S2实现。
3.根据权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，DA转换模块⑵采用14位或16位的DA芯片实现。
4.根据权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，VI变换模块(3)由多路独立的VI变换电路组成。
5.根据权利要求4所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，所述VI 变换电路采用MOSFET或者功率三极管实现。
6.根据权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，模拟输入接口模块(6)与模拟输入板卡通信的预留口为串口、SPI总线及独立IO方式的接口。
7.根据权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置，其特征在于，液晶显示模块(4)采用通用12864液晶屏。
8.基于权利要求1所述水处理模拟数据采集系统自动校准装置的校准方法，其特征在于，该方法为单片机控制模块⑴输出标准电流信号的数字信号给DA转换模块(2)，并控制DA转换模块(2)将数字信号转换成模拟电压信号给VI变换模块(3)，该VI变换模块(3)将输入的模拟电压信号转换成工业标准电流信号输出给模拟输入接口模块(6)，模拟输入接口模块(6)将该工业标准电流信号输出给外部待校准的模拟输入板卡，并实现所述待校准的模拟输入板卡和单片机控制模块(1)之间的数据交换，待校准的模拟输入板卡根据输入的工业标准电流信号，并在单片机控制模块(1)控制下完成校准，并将校准误差系数存储，并由液晶显示模块(4)显示，液晶显示模块(4)同时显示校准过程中的参数。
9.根据权利要求8所述水处理模拟数据采集系统自动校准方法，其特征在于，在单片机控制模块(1)控制下完成校准的过程为待校准的模拟输入板卡将模拟输入接口模块(6)输入的工业标准电流转换成数字信号通过模拟输入接口模块(6)发送给单片机控制模块(1)，该单片机控制模块(1)将模拟输入接口模块(6)发送的数字信号与其输出给DA转换模块⑵的标准电流信号的数字信号进行比较，进而获得校准误差系数，然后，将该校准误差系数通过模拟输入接口模块(6)发送并存储在待校准的模拟输入板卡的EEPROM中，从而实现模拟输入板卡的自动校准。
10.根据权利要求8所述水处理模拟数据采集系统自动校准方法，其特征在于，当待校准的模拟输入板卡有多路输入端口时，VI变换模块(3)输出多路工业标准电流，所述多路工业标准电流与模拟输入板卡有多路输入端口分别一一对应，获取多个校准误差系数。
全文摘要
水处理模拟数据采集系统自动校准装置及方法，属于工业过程控制领域，本发明为解决现有针对水处理模拟数据采集系统的校准方式存在误差大，不能满足工业标准，且操作复杂，通用性差的问题。本发明包括单片机控制模块、DA转换模块、VI变换模块、液晶显示模块、键盘输入模块和模拟输入接口模块，基于该装置的校准方法单片机控制模块控制DA转换模块和VI变换模块形成标准电流信号给模拟输入接口模块，模拟输入接口模块完成待校准模拟输入板卡和单片机控制模块之间的通信，实现模拟输入板卡和单片机控制模块之间的数据交换，模拟输入板卡根据单片机控制模块提供的工业标准电流信号，并在单片机控制模块控制下完成校准，并将校准误差系数存储。
文档编号G01R35/00GK102495386SQ20111042263
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者刘晓为, 唐佳禄, 张海峰, 毕宗杰, 翁睿 申请人:哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司