水处理模拟数据采集系统自动校准装置及方法

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。

说明书

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。

附图说明

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 MOSFET。

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。