一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路及方法与流程

1.本发明涉及一种plc设备模拟量自动标定的方法，特别是一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路及方法。

背景技术

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：：2.plc又称为可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其主要构成可以分为以下部分：电源、中央处理器(mcu)、通讯模块、数据采集处理及相关接口电路。一般plc根据功能性不同，大致对外接口可以分为数字量接口和模拟量接口。根据输入输出又可以分为数字量输入接口、数字量输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口这4类接口。其中数字量输入输出接口通过光耦采样和继电器控制电路来实现，不需要进行额外的标定工作。模拟量的输入输出接口部分，由于采样电路参数的不一致性，需要在出厂实际运用前先对其进行标定，标定后，每路信号会形成相应通路的标定零值和满量程值，通过已经确定的零值和满量程值可以准确采集外部的模拟量信号，或准确输出外部设备所需的模拟量信号。需要标定的项目有电压、电流这两项。现有的标定方法一般都是需要借助外部测量设备进行，例如，在

专利名称

：：：一种多通道ad采集设备的自动标定系统，专利号：cn201911369132.0的文件中公开了以下技术方案：包括直流稳压电源，输出稳定的直流电压，用于ad采集设备的模拟量输入端的基准电压；高精度数字多用表，采集直流稳压电源的输出，在进行ad采集设备标定时用做实际采集的基准电压；多通道ad采集设备，通过pci或者cpci总线集成一块或者多块ad采集卡，能够提供多个模拟量的采集通道，每个采集通道的输入端与直流稳压电源进行连接，多通道ad采集设备的以太网口与直流稳压电源的远程网口使用以太网线相连接，多通道ad采集设备的通用rs232串口与高精度数字多用表的远程串口使用串口线相连接；多通道ad采集设备通过调节直流稳压电源的输出，配合高精度数字多用表的采集值和多通道ad的测量值，通过计算出每个ad测量通道的标定参数。该方案存在以下缺点：3.1)需要增加外部测量设备来进行测量，无法实现大规模校准和实时校准，即使通过增加设备方式实现，也会极大增加系统实现的功能成本，无法做到大规模运用。4.2)无法实现自动校准，且不能在工作环境中去对设备进行校准。在plc运用场景中，很大一部分plc是固定在客户现场，且已经接好大量设备线的，想要对这些模块进行校准，必须在不拆线，不改线的前提下进行，这一点在上述现有方案中很难实现。5.因此，现有的技术存在着需要增设外部测量设备来实现以及无法自动校准的问题。技术实现要素：6.本发明的目的在于，提供一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路及方法。本发明一方面无需借助外部测量设备就能够实现标定，另一方面还能够实现自动标定。7.本发明的技术方案：一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路，包括位于单片机内的mcu模块，mcu模块的输入端依次连接有adc单元、ui处理电路、四通道模拟开关和模拟信号接口电路，四通道模拟开关一侧分别连接有恒压源单元和恒流源单元；mcu模块的输出端与四通道模拟开关之间串联有ao处理电路和ao接口电路。8.前述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路中，所述四通道模拟开关用于恒流源、恒压源模拟信号接口电路以及ao系统之间的切换；所述ao系统包括串联的ao处理电路和ao接口电路。9.一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路的标定方法，通过单片机控制四通道模拟开关来进行恒流源、恒压源、ao系统和ui采样电路之间的切换，通过内置的恒流源、恒压源作为参考源来实现模拟信号输入的标定，通过输入的标定结果来标定模拟输出信号。10.前述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定方法，当需要标定时，控制四通道模拟开关分别切换到恒流源，恒压源，分别对当前通道电流和电压进行模拟量标定，实现模拟信号输入的标定；当ui处理电路标定完毕时，控制四通道模拟开关切换到ao系统，利用标定好的ui信号来进一步标定ao系统，实现模拟信号输出的标定；11.当标定全部结束后，控制四通道模拟开关切换至模拟信号接口电路并接ui处理电路，最终送入adc单元进行信号采集的通路。12.前述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定方法中，需要标定的时机为，外部按键触发或者内部程序要求每隔一段时间进行自校。13.与现有技术相比，本发明通过单片机集成内置的恒流源和恒压源作为电流电压标定的基准，无需外部检测仪表(电流表，电压表)，信号发生仪表(恒流信号源，恒压信号源)参与通道标定；并通过内置四通道模拟开关，与之间的相互配合，当设备需要自校时，打开四通道模拟开关，恒流、恒压进入通道对其进行标定，在标定完电流、电压检测通道后，再通过设备自带的电流电压检测通道对设备的模拟输出信号进行标定。由于本发明模拟信号的自校过程完全在系统内部完成，因此即使在用户现场，自校也能随时进行，不需要额外拆线和拆卸设备，且不受设备外部环境影响，在触发条件满足的情况下随时可以进行标定。本发明通过内置参考源来实现模拟信号输入的标定，再通过输入的标定结果来标定模拟输出信号，具有成本低，占用空间小且灵活等优点。本发明一方面无需借助外部测量设备就能够实现标定，另一方面还能够实现自动标定。附图说明14.图1是本发明的电路实现框图；15.图2是本发明逻辑示意图；16.图3是四通道模拟开关的结构示意图。17.附图中的标记为：1-mcu模块，2-adc单元，3-ui处理电路，4-四通道模拟开关，5-模拟信号接口电路，6-恒压源单元，7-恒流源单元，8-ao处理电路，9-ao接口电路。具体实施方式18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。19.实施例。一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路及方法，构成如图1至图2所示，包括位于单片机内的mcu模块1，mcu模块1的输入端依次连接有adc单元2、ui处理电路3、四通道模拟开关4和模拟信号接口电路5，四通道模拟开关4一侧分别连接有恒压源单元6和恒流源单元7；mcu模块1的输出端与四通道模拟开关4之间串联有ao处理电路8和ao接口电路9。20.所述四通道模拟开关4用于恒流源、恒压源模拟信号接口电路以及ao系统之间的切换；所述ao系统包括串联的ao处理电路8和ao接口电路9。下表为四通道模拟开关真值表。21.tablei.truthtable[0022][0023]图3中，四通道模拟开关的s1接ui采样端(即模拟信号接口电路端)，s2接恒流源端，s3接恒压源端，s4接ao输出端(即与ao接口电路相连)。d端接adc采样端。通过en脚控制开闭，a0，a1控制哪个开关导通。[0024]正常运行时默认为s1，标定时逻辑为，先通过a0，a1将s1切到s2进行恒流源标定，电流标定完成后将s2切到s3进行电压标定，电流和电压都标定完成后，切到s4，用标定好的ui来标定ao信号。[0025]一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路的标定方法，通过单片机控制四通道模拟开关来进行恒流源、恒压源、ao系统和ui采样电路之间的切换，通过内置的恒流源、恒压源作为参考源来实现模拟信号输入的标定，通过输入的标定结果来标定模拟输出信号。[0026]当需要标定时，控制四通道模拟开关分别切换到恒流源，恒压源，分别对当前通道电流和电压进行模拟量标定，实现模拟信号输入的标定；当ui处理电路标定完毕时，控制四通道模拟开关切换到ao系统，利用标定好的ui信号来进一步标定ao系统，实现模拟信号输出的标定；[0027]当标定全部结束后，控制四通道模拟开关切换至模拟信号接口电路并接ui处理电路，最终送入adc单元进行信号采集的通路。[0028]需要标定的时机为，外部按键触发或者内部程序要求每隔一段时间进行自校。[0029]本发明通过提出一种自动标定电路，在满足触发条件后，将对设备进行自动标定，校准，自动标定校准后的值将会存入plc的存储模块引来代替原来出厂时设定的标定基准值，这样即使电路特性发生变化也能够保证设备在模拟量检测或者输出方面的精度，保证设备采样质量和控制质量的可靠性。[0030]本发明基于片内mcu对片内采样电路的控制来实现自动校准的目的。[0031]在一般plc中模拟信号从采样电路中进来后，会直接送到adc中进行采样，若需要输出模拟信号同样需要同dac将数字信号转化成模拟信号然后通过ao处理电路进行输出。[0032]在本发明中，额外加入了一个4选一的四通道模拟开关。[0033]当触发机制生效时(外部按键触发或者内部程序要求每个一段时间进行自校)，模拟开关切换到恒流源，恒压源，分别对当前通道电流和电压进行模拟量标定(采集标定)，当ui标定完毕时，切换到ao系统，利用标定好的ui来进一步标定ao数据。[0034]当标定全部结束后，重新恢复成模拟信号接口电路接ui处理电路，最终送入adc进行信号采集的通路。[0035]以上全部流程均通过单片机进行控制，通过上述电路的设计便能满足自动标定的要求。[0036]电压标定的过程：关闭外部信号模拟开关，打开恒流源开关，将四通道模拟开关切换至恒流源与ui处理电路相通的状态，进行电流标定，电流标定结束后，将四通道模拟开关切换至恒压源，使得恒压源与ui处理电路相通，进行电压的标定，电压标定结束后，将四通道模拟开关切换至ao系统，使得ao系统与ui处理电路相通，对模拟输出电压电流(ao信号)进行标定，(本发明简单来说就是通过标准源标定ui，再用标定完的ui来标定ao)标定结束后，将四通道模拟开关切换至模拟信号接口电路，使模拟信号接口电路与ui处理电路相通，最终送入adc进行信号采集的通路。当前第1页12当前第1页12

技术特征：

1.一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路，其特征在于：包括位于单片机内的mcu模块(1)，mcu模块(1)的输入端依次连接有adc单元(2)、ui处理电路(3)、四通道模拟开关(4)和模拟信号接口电路(5)，四通道模拟开关(4)一侧分别连接有恒压源单元(6)和恒流源单元(7)；mcu模块(1)的输出端与四通道模拟开关(4)之间串联有ao处理电路(8)和ao接口电路(9)。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路，其特征在于：所述四通道模拟开关(4)用于恒流源、恒压源模拟信号接口电路以及ao系统之间的切换；所述ao系统包括串联的ao处理电路(8)和ao接口电路(9)。3.应用权利要求1或2所述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路的标定方法，其特征在于：通过单片机控制四通道模拟开关来进行恒流源、恒压源、ao系统和ui采样电路之间的切换，通过内置的恒流源、恒压源作为参考源来实现模拟信号输入的标定，通过输入的标定结果来标定模拟输出信号。4.根据权利要求3所述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定方法，其特征在于：当需要标定时，控制四通道模拟开关分别切换到恒流源，恒压源，分别对当前通道电流和电压进行模拟量标定，实现模拟信号输入的标定；当ui处理电路标定完毕时，控制四通道模拟开关切换到ao系统，利用标定好的ui信号来进一步标定ao系统，实现模拟信号输出的标定；当标定全部结束后，控制四通道模拟开关切换至模拟信号接口电路并接ui处理电路，最终送入adc单元进行信号采集的通路。5.根据权利要求4所述的一种基于单片机控制的模拟量自动标定方法，其特征在于：需要标定的时机为，外部按键触发或者内部程序要求每隔一段时间进行自校。

技术总结

本发明公开了一种基于单片机控制的模拟量自动标定电路及方法，电路包括位于单片机内的MCU模块，MCU模块的输入端依次连接有ADC单元、UI处理电路、四通道模拟开关和模拟信号接口电路，四通道模拟开关一侧分别连接有恒压源单元和恒流源单元；MCU模块的输出端与四通道模拟开关之间串联有AO处理电路和AO接口电路。标定方法为通过单片机控制四通道模拟开关来进行恒流源、恒压源、AO系统和UI采样电路之间的切换，通过内置的恒流源、恒压源作为参考源来实现模拟信号输入的标定，通过输入的标定结果来标定模拟输出信号。本发明一方面无需借助外部测量设备就能够实现标定，另一方面还能够实现自动标定。实现自动标定。实现自动标定。