利用大数据采集对ADC精度进行校准的方法及装置与流程

利用大数据采集对adc精度进行校准的方法及装置
技术领域
1.本技术涉及电力电子技术中的模数转换技术领域，尤其涉及一种利用大数据采集对adc精度进行校准的方法及装置。

背景技术：

2.adc(analog-to-digital converter)可以理解为模/数转换器或者模拟/数字转换器，是一种将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件，典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。adc在电力电子电路中有着广泛的运用。
3.在实现现有技术的过程中，发明人发现：
4.现有的采用adc的电力电子电路中，部分单片机由于没有外置模/数转换器外置参考通道，导致使用adc的时候必须用芯片内置参考源。由于内置参考源通常都具有不稳定、温漂较大、一致性不好等问题，对adc采集精度要求较高的产品，内置参考源很难满足设计要求。而更换单片机平台则会对软件架构带来较大的变化，需要更长的时间来稳定，不利于产品的快速开发和迭代。
5.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

技术实现要素：

6.为了解决上述的问题，本技术提供一种可以提高采用内置参考源的adc的转换精度的技术方案，用以解决现有技术中在不更换单片机平台的情况下采用内置参考源的adc的采集精度不高的技术问题。
7.本技术的一个方面，提供一种利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，所述adc采用内置参考源，包括以下具体步骤：
8.通过adc采样电路采集模拟采样信号数据；
9.根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；
10.通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。
11.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述adc采样电路为电流采样电路。
12.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述基准电压为1.65v。
13.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述待校准数字数据为0-4096的数字数据。
14.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：
15.采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；
16.根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程；
17.将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。
18.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程，包括以下具体步骤：
19.根据预设的采集精度值，确定目标多项式的次幂值；
20.根据所述次幂值和所述数字数据集与所述实际电压数据集之间的对应关系，绘制曲线并拟合得到与所述采集精度值匹配的目标多项式方程。
21.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述目标多项式方程为二次幂多项式方程。
22.本技术的另一方面，还提供一种利用大数据采集对adc精度进行校准的装置，所述adc采用内置参考源，包括：
23.采集模块，用于通过adc采样电路采集模拟采样信号数据；
24.转化模块，用于根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；
25.校准模块，用于通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。
26.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述adc采样电路为电流采样电路。
27.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：
28.采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；
29.根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程；
30.将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。
31.本技术提供的技术方案至少具有以下有益效果：
32.对于采用内置参考源的adc，通过基于大数据采集的校准模型校准待校准数字数据，可以从大数据的总体特征的角度对待校准数字数据进行校准，无需添加额外的参考通道或者电路就能使校准后的数字电压数据更符合真实的采样值，从而提高了采用内置参考源的adc的转换精度。
33.提供上述发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步详细描述。上述发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。本技术所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。在附图中：
35.图1为本技术实施例提供的一种利用大数据采集对adc精度进行校准的方法的流程图；
36.图2为本技术实施例提供的一种电流采样电路示意图；
37.图3为本技术实施例提供的一种基准电压电路示意图；
38.图4为本技术实施例提供的一种利用大数据采集对adc精度进行校准的装置的示意图。
39.100、装置；11、采集模块；12、转化模块；13、校准模块。
具体实施方式
40.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
41.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。应当进一步理解，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。再者，本文中使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
42.应该理解，虽然本技术实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
43.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术的权利范围。
44.请参考图1，本技术的一个方面，提供一种利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，所述adc采用内置参考源，包括以下具体步骤：
45.s100：通过adc采样电路采集模拟采样信号数据。
46.可以理解的是，这里的adc为模/数转换器或者模拟/数字转换器，在通过adc进行模拟信号到数字信号的转换过程中，需要先采集模拟信号。这里的模拟信号可以理解为采样信号数据。模拟信号的采集需要使用特定的adc采样电路。这里的adc采样电路可以采用与adc匹配的采样电路，用于采集电路中的电压值或电流值。
47.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述adc采样电路为电流采样电路。
48.需要说明的是，本技术中的adc采样电路可以采用如图2所示的电流采样电路。在图2中，将采样电流idc输入到电流采样电路，通过运算放大器u1a配合相应的元器件，可以最终得到电流形式的模拟采样信号数据idc_cur。在一种具体的实施方式中，图2中的运算放大器u1a可以采用型号为lm2902的运算放大器，电阻r11和电阻r13可以采用电阻值为1kω的电阻，采样电阻r12可以采用电阻值为2kω的电阻，电容c11可以采用电容值为100nf的电容，电容c12和电容c13可以采用电容值为10nf的电容，二极管d11和二极管d12可以采用型号为bav99的二极管。
49.s200：根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据。
50.需要指出的是，这里的基准电压可以根据实际需要确定，adc可以将模拟采样信号数据转换为与基准电压对应的待校准数字数据。这里的待校准数字数据可以理解为未校准的adc转换后的数字数据。adc采样电路对所需的电流或电压进行采样后，可以通过一类可持续输出的基准电压输出至adc，并由adc转化成一类特定数值范围的数字数据。
51.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，可以采用如图3所示的基准电压电路来提供基准电压。在图3中，在输入端提供稳定的3.3v电压，通过分压电路并配合运算放大器u2a，可以最终得到稳定的基准电压。在一种具体的实施方式中，图3中的运算放大器u2a可以采用型号为lm2902的运算放大器，电阻r21可以采用电阻值为1kω的电阻，采样电阻r22和电阻r23可以采用电阻值为10kω的电阻，电容c21可以采用电容值为100nf的电容，电容c22和电容c23可以采用电容值为10nf的电容，二极管d11和二极管d12可以采用型号为bav99的二极管，由此可以输出1.65v的基准电压。
52.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述基准电压为1.65v。
53.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述待校准数字数据为0-4096的数字数据。本实施例中，可以采用具有12位adc的stm32单片机系统。
54.s300：通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。
55.需要说明的是，这里的校准模型可以理解为基于采集的大数据分析得到的校准模型。这里的校准模型可以理解为matlab中的功能函数，也可以是基于其他软件平台的功能函数。
56.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：
57.采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；
58.根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并
拟合得到目标多项式方程；
59.将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。
60.需要说明的是，这里的目标多项式方程基于采集的adc的数字数据和实际电压数据得到，由此得到的校准模型在实际使用过程中的偏置误差、增益误差和非线性误差相对较小。这里的数字数据可以理解为通过adc转换后的数字信号。这里的实际电压数据可以理解为实际电压值。增益误差可以理解为adc实际传输特性曲线和理想传输特性曲线的偏差程度；偏置误差可以理解为在0输入时，实际adc转换函数和理想直线的差；非线性误差可以理解为当补偿了偏置误差和增益误差后，实际的转换函数应当等于理论adc的转换函数。本技术中的目标多项式方程基于数字数据集和实际电压数据集，通过绘制曲线并拟合得到，充分考虑了现有adc函数模型中存在非线性特性，避免仅采用线性转换函数进行数据转换所带来的各类误差，具有很高的准确性。
61.在一种具体的实施方式中，对adc工作过程中的数字数据与实际电压值进行收集得到对应的大数据。请参考表1，为大数据的一种数据形式，real表示实际的电压数据，ad表示数字数据。将大数据导入excel中，利用excel中的图表工具可以绘制real和ad之间的关系曲线并拟合得到多项式方程。在一种特定的转换精度需求下，按照二次幂拟合得到的多项式方程为：y＝0.0000000657x2+0.0399310530x-79.43287774，这里对应的采集精度值为r2＝0.9999954000。该多项式方程中，y对应实际的电压数据，x对应数字数据。这里的多项式方程可以理解为目标多项式方程。拟合导出的多项式方程可直接导入matlab中的功能函数作为校准函数，以此得到相应的校准模型，通过该校准模型可以直接对adc的采集精度进行校正。
62.表1：
63.real0.8541.2711.7142.1822.6783.2093.7734.3755.01ad200420142025203720502063207720922108real5.77.238.099.011011.0912.2713.5614.97ad212421632184220622312258228823202355real16.5118.2620.2122.424.8925.4128.2331.4535.15ad239324382484254026022615268427642856
64.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程，包括以下具体步骤：
65.根据预设的采集精度值，确定目标多项式的次幂值；
66.根据所述次幂值和所述数字数据集与所述实际电压数据集之间的对应关系，绘制曲线并拟合得到与所述采集精度值匹配的目标多项式方程。
67.可以理解的是，这里的采集精度值需要根据实际的精度需求和adc的性能确定。在adc的性能确定的情况下，可以对校准精度与工作速率进行相应的调整。例如：若需要adc进行高频率的数据采集，则可以通过适当减小多项式的次幂值降低精度，但此时的精度仍然会比线性函数高，并且可以满足高频率数据采集转换需求。若需要adc进行高精度的数据采集，则可以增大多项式的次幂，以此提高adc的精度。
68.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述目标多项式方程为二次幂多项式方程。按照二次幂多项式方程来拟合校准采样数据，可以兼顾采样频率和采样精度，是一种优选的实施方式，有利于满足特定应用场合中特殊的采样需求，如光伏逆变器中对输出电流的采样。
69.请参考图4，本技术的另一方面，还提供一种利用大数据采集对adc精度进行校准的装置100，所述adc采用内置参考源，包括：
70.采集模块11，用于通过adc采样电路采集模拟采样信号数据；
71.转化模块12，用于根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；
72.校准模块13，用于通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。
73.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，利用大数据采集对adc精度进行校准的装置100，所述adc采样电路为电流采样电路。
74.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，可以采用如图3所示的基准电压电路来提供基准电压。
75.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述基准电压为1.65v。
76.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述待校准数字数据为0-4096的数字数据。
77.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：
78.采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；
79.根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程；
80.将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。
81.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程，包括以下具体步骤：
82.根据预设的采集精度值，确定目标多项式的次幂值；
83.根据所述次幂值和所述数字数据集与所述实际电压数据集之间的对应关系，绘制曲线并拟合得到与所述采集精度值匹配的目标多项式方程。
84.可选地，结合上述任一方面，在本方面的另一种实现方式中，所述目标多项式方程为二次幂多项式方程。
85.作为本技术的再一方面，还提供一种芯片，所述芯片用于执行包括如前所述任一方面所包括的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法。
86.作为本技术的又一方面，还提供一种电力电子设备，所述电力电子设备包括如前一方面所述的芯片。优选地，所述电子设备为光伏逆变器、光伏控制器、光伏优化器、光伏充电器中的一种。
87.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
88.在本技术中，对于相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述，一般只在第一次出现时进行详细描述，后面再重复出现时，为了简洁，一般未再重复阐述，在理解本技术技术方案等内容时，对于在后未详细描述的相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述等，可以参考其之前的相关详细描述。
89.在本技术中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
90.本技术技术方案的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本技术记载的范围。
91.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，所述adc采用内置参考源，其特征在于，包括以下具体步骤：通过adc采样电路采集模拟采样信号数据；根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。2.根据权利要求1所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，所述adc采样电路为电流采样电路。3.根据权利要求1所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，所述基准电压为1.65v。4.根据权利要求1所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，所述待校准数字数据为0-4096的数字数据。5.根据权利要求1所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程；将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。6.根据权利要求5所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合得到目标多项式方程，包括以下具体步骤：根据预设的采集精度值，确定目标多项式的次幂值；根据所述次幂值和所述数字数据集与所述实际电压数据集之间的对应关系，绘制曲线并拟合得到与所述采集精度值匹配的目标多项式方程。7.根据权利要求5所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的方法，其特征在于，所述目标多项式方程为二次幂多项式方程。8.一种利用大数据采集对adc精度进行校准的装置，所述adc采用内置参考源，其特征在于，包括：采集模块，用于通过adc采样电路采集模拟采样信号数据；转化模块，用于根据基准电压，通过adc处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；校准模块，用于通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据。9.根据权利要求8所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的装置，其特征在于，所述adc采样电路为电流采样电路。10.根据权利要求8所述的利用大数据采集对adc精度进行校准的装置，其特征在于，确定所述基于大数据采集的校准模型包括以下步骤：采集adc的数字数据和实际电压数据，得到数字数据集和实际电压数据集；根据所述数字数据集、所述实际电压数据集以及预设的采集精度值，绘制曲线并拟合
得到目标多项式方程；将所述目标多项式方程导入校准功能函数，得到所述基于大数据采集的校准模型。

技术总结

本申请公开了一种利用大数据采集对ADC精度进行校准的方法及装置。其中，所述利用大数据采集对ADC精度进行校准的方法，所述ADC采用内置参考源，包括以下具体步骤：通过ADC采样电路采集模拟采样信号数据；根据基准电压，通过ADC处理所述模拟采样信号数据，得到待校准数字数据；通过基于大数据采集的校准模型校准所述待校准数字数据，得到精度校准的数字电压数据，以此提高采用内置参考源的ADC的转换精度。以此提高采用内置参考源的ADC的转换精度。以此提高采用内置参考源的ADC的转换精度。