一种生产线检测设备的校准方法及模数转换校准系统与流程

1.本发明涉及生产技术领域，尤其涉及一种生产线检测设备的校准方法及模数转换校准系统。


背景技术：

2.在一些检测设备中，包括模数转换模块adc(analog
‑
to
‑
digital converter)，在检测设备出厂前，需要对该模数转换模块进行校准，若未经校准就直接使用就会出现实际电压信号值和测试结果有误差的情况发生，这就会导致测试结果不能正确体现出信号的真实值，检测误差较大。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提供了一种生产线检测设备的校准方法及模数转换校准系统。
4.本发明的第一方面提供一种生产线检测设备的校准方法，应用于模数转换校准系统，所述模数转换校准系统包括直流电源模块、万用表和待检测设备，其中，所述待检测设备包括分压模块和处理器，包括：
5.将所述直流电源模块的电压输入到所述待检测设备上，根据所述直流电源模块的第一输入电压和第二输入电压，确定所述待检测设备的第一调整电压和第二调整电压，其中，所述第一输入电压和所述第二输入电压是通过所述万用表获得的；
6.根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标偏移量和目标增益，所述目标偏移量和所述目标增益用于对待检测设备进行校准。
7.可选地，所述根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标增益，包括:
8.计算所述第一调整电压和所述第二调整电压的差值，得到第一电压差；
9.计算所述第一输入电压和所述第二输入电压的差值，得到第二电压差；
10.将所述第一电压值和所述第二电压差的比值，确定为所述目标增益。
11.可选地，所述根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标偏移量，包括：
12.根据所述第一调整电压、所述第二调整电压、所述第一输入电压、所述第二输入电压和所述目标增益，确定所述目标偏移量。
13.可选地，所述目标偏移量的计算公式如下所示：
14.offset＝[(m1 m2)/gain
‑
(f1 f2)]/2；
[0015]
其中，offset为目标偏移量；gain为目标增益；m1为第一调整电压；m2为第二调整电压；f1为第一输入电压；f2为第二输入电压。
[0016]
可选地，所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述直流电源模块的输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，并且与所述待检测设备的处理器的测试引脚相连，所述第二电阻的第二端与地相连。
[0017]
可选地，所述方法还包括：
[0018]
根据所述直流电源模块的最大电压值和所述分压电路，确定所述处理器的最大工作电压值。
[0019]
可选地，所述根据所述直流电源模块的最大电压值和所述分压电路，确定所述处理器的最大工作电压值，包括：
[0020]
将所述直流电源模块的最大电压值和所述第一电阻的乘积，与所述第一电阻和所述第二电阻的和，之比确定为所述处理器的最大工作电压值，其中，所述第一电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。
[0021]
可选地，所述方法还包括：
[0022]
获取第三调整电压；
[0023]
根据所述第三调整电压、所述目标增益和所述目标偏移量，确定校准电压。
[0024]
可选地，所述校准电压通过如下方式获得：
[0025]
v2＝v1/gain
–
offset；
[0026]
其中，v2为校准电压；v1为第三调整电压。
[0027]
本发明第二方面还提供一种模数转换校准系统，包括第一方面的生产线检测设备的校准方法。
[0028]
本发明实施例提供一种生产线检测设备的校准方法及模数转换校准系统，包括将直流电源模块的电压输入到待检测设备上，根据直流电源模块的第一输入电压和第二输入电压，确定待检测设备的第一调整电压和第二调整电压，其中，第一输入电压和第二输入电压是通过万用表获得的；根据第一调整电压和第二调整电压，确定目标偏移量和目标增益，目标偏移量和目标增益用于对待检测设备进行校准，这样，在出厂之前，对待检测设备进行校准，在使用的时候，减少检测误差，体现出信号的真实值。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例中生产线检测设备的校准方法的示意图；
[0030]
图2为本发明实施例中模数转换校准系统的结构示意图；
[0031]
图3为本发明实施例中生产线检测设备的校准方法的流程示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，本领域技术人员在没有作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。
[0033]
请参阅图1，本发明实施例提供一种生产线检测设备的校准方法，应用于模数转换校准系统，如图2所示，图2示出了模数转换校准系统的结构示意图，该模数转换校准系统包括直流电源模块、万用表和待检测设备；
[0034]
处理器为单片机，在本发明实施例中不做具体限定，在本发明实施例中单片机具体为atsamd21g18a
‑
mu；
[0035]
直流电源模块为直流电源agilent 66319b；用于提供外部输入电压值；
[0036]
万用表fluke 8846a：用于测量直流电源agilent 66319b输出电压,并作为标准值；
[0037]
待检测设备具体为工厂需要校准的产品，标准输入电压0v
‑
10v；
[0038]
待检测设备包括分压模块和处理器，分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述直流电源模块的输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，并且与所述待检测设备的处理器的测试引脚相连，所述第二电阻的第二端与地相连。
[0039]
第一电阻和第二电阻两个电阻的作用是分压，因为需要校准adc的产品标准输入电压为0v
‑
10v，但单片机atsamd21g18a
‑
mu可测量的模拟电压最大为2.5v，所以需要对需要校准adc的产品的输入电压进行分压；当直流电源aglient 66319b输出最大电压10v时，经过这两个分压电阻分压后,其电压为2.2603v,在单片机可测量的范围内；其中，第一电阻的阻值为3.3v，第二电阻的阻值为11.3v，计算公式如下所示:
[0040]
单片机输入电压＝10*3.3/(11.3 3.3)＝2.2603；
[0041]
待检测设备中跟adc校准相关的元器件有11.3k和3.3k两个分压电阻，产品输入电压分压后到单片机adc测试引脚pa02，lm4030电压基准芯片输出2.5v到单片机pa03引脚，作为单片机adc参考电压。
[0042]
生产线检测设备的校准方法包括：
[0043]
s101、将所述直流电源模块的电压输入到所述待检测设备上，根据所述直流电源模块的第一输入电压和第二输入电压，确定所述待检测设备的第一调整电压和第二调整电压，其中，所述第一输入电压和所述第二输入电压是通过所述万用表获得的；
[0044]
具体地，设置直流电源输出两组电压信号；万用表读取这两组电压信号并记录为第一输入电压f1和第二输入电压f2；
[0045]
需要校准adc的产品即待检测设备内部将直流电源输出电压信号经过分压电阻电路即分压模块进行分压，分压后给到单片机adc管脚，单片机读取其电压值并记录为第一调整电压m1和第二调整电压m2。
[0046]
s102、根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标偏移量和目标增益，所述目标偏移量和所述目标增益用于对待检测设备进行校准。
[0047]
具体地，待检测设备使用获取到的f1，f2，m1和m2，计算理论的gain值即目标增益和offset值即目标偏移量。
[0048]
将计算得到的gain和offset写入到单片机存储器中,在终端用户实际使用adc功能时就通过存储的gain和offset来校准adc值。
[0049]
本发明计算简单,容易操作,成本低.并且可以有效的提高adc的精度，减少检测误差。
[0050]
在上述实施例的基础上，对生产线检测设备的校准方法做进一步的解释说明。
[0051]
可选地，所述根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标增益，包括:
[0052]
计算所述第一调整电压和所述第二调整电压的差值，得到第一电压差；
[0053]
计算所述第一输入电压和所述第二输入电压的差值，得到第二电压差；
[0054]
将所述第一电压值和所述第二电压差的比值，确定为所述目标增益。
[0055]
具体地，设定m1＝(f1 offset)*gain
ꢀꢀꢀ‑‑
公式
①
[0056]
m2＝(f2 offset)*gain
ꢀꢀꢀ‑‑
公式
②
[0057]
因为f1,f2是万用表读取到的，m1和m2是单片机adc读取得到，是已知数据。
[0058]
所以需要计算的未知数就gain和voffset,这也是需要校准得到的数据。
[0059]
根据上述公式
①
和公式
②
，计算目标增益gain：
[0060]
公式
①‑
公式
②
，
[0061]
m1
‑
m2＝(f1
–
f2)*gain
[0062]
gain＝(m1
–
m2)/(f1
‑
f2)；即目标增益为第一电压值和所述第二电压差的比值，第一电压值为m1
–
m2，第二电压值为f1
‑
f2。
[0063]
可选地，所述根据所述第一调整电压和所述第二调整电压，确定目标偏移量，包括：
[0064]
根据所述第一调整电压、所述第二调整电压、所述第一输入电压、所述第二输入电压和所述目标增益，确定所述目标偏移量。
[0065]
可选地，所述目标偏移量的计算公式如下所示：
[0066]
offset＝[(m1 m2)/gain
‑
(f1 f2)]/2；
[0067]
其中，offset为目标偏移量；gain为目标增益；m1为第一调整电压；m2为第二调整电压；f1为第一输入电压；f2为第二输入电压。
[0068]
具体地，将公式
①
公式
②
得到：
[0069]
(m1 m2)＝(f1 f2 2*offset)*gain
[0070]
(m1 m2)/gain＝f1 f2 2*offset
[0071]
offset＝[(m1 m2)/gain
–
(f1 f2)]/2；即目标偏移量。
[0072]
因为gain已经在之前的步骤中计算得到，所以offset的值也可以计算得出.
[0073]
可选地，所述方法还包括：
[0074]
根据所述直流电源模块的最大电压值和所述分压电路，确定所述处理器的最大工作电压值。
[0075]
可选地，所述根据所述直流电源模块的最大电压值和所述分压电路，确定所述处理器的最大工作电压值，包括：
[0076]
将所述直流电源模块的最大电压值和所述第一电阻的乘积，与所述第一电阻和所述第二电阻的和，之比确定为所述处理器的最大工作电压值，其中，所述第一电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。
[0077]
具体地，因为单片机的adc可接受的输入电压范围是有限的(最大为电源电压,或者外部adc参考电压)，所以如果需要测试的信号比较大时,都需要对输入电压进行分压.本发明中adc选择外部2.5v作为adc参考电压，所以adc最大的测试电压值为2.5v。
[0078]
根据图2的硬件连接，最终输入单片机adc引脚的电压为:直流电源输出电压*3.3/(3.3 11.3)，所以在adc最大输入电压为10*3.3/14.6＝2.260274(v)
[0079]
可选地，所述方法还包括：
[0080]
获取第三调整电压；
[0081]
根据所述第三调整电压、所述目标增益和所述目标偏移量，确定校准电压。
[0082]
可选地，所述校准电压通过如下方式获得：
[0083]
v2＝v1/gain
–
offset；
[0084]
其中，v2为校准电压；v1为第三调整电压。
[0085]
具体地，在确定了目标增益和目标偏移量后，在实际使用中，获取第三调整电压，然后根据第三调整电压、目标增益和目标偏移量，再利用上述的公式，计算得到校准电压，这样，减少检测误差，提高校准精度。
[0086]
图3为本发明实施例中生产线检测设备的校准方法的流程示意图，具体包括：
[0087]
待检测设备的输入电压范围:0v
–
10v；
[0088]
直流电源agilent 66319b输出电压点1:25％*10(v)＝2.5v
[0089]
直流电源agilent 66319b输出电压点2:90％*10(v)＝9.0v
[0090]
第一输入电压f1，第二输入电压f2：万用表fluke 8846a读取到的直流电源agilent 66319b输出电压值；
[0091]
第一调整电压m1，第二调整电压m2：单片机adc引脚pa02读取到的电压值数字量；
[0092]
v:校准后的adc值数字量；
[0093]
目标增益gain:需要写入单片机存储器的adc校准增益值；
[0094]
目标偏移量offset:需要写入单片机存储器的adc校准偏移值。
[0095]
因为单片机的adc可接受的输入电压范围是有限的(最大为电源电压,或者外部adc参考电压)，所以如果需要测试的信号比较大时,都需要对输入电压进行分压.本发明中adc选择外部2.5v作为adc参考电压，所以adc最大的测试电压值为2.5v.
[0096]
根据图2的硬件连接，最终输入单片机adc引脚的电压为:直流电源输出电压*3.3/(3.3 11.3)
[0097]
所以在adc最大输入电压为10*3.3/14.6＝2.260274(v)
[0098]
1、设定电压源输出2.5v,万用表读取数据记录为f1,单片机adc读取数据记录为m1.
[0099]
2、设定电压源输出9.0v,万用表读取数据记录为f2,单片机adc读取数据记录为m2.
[0100]
3、设定m1＝(f1 offset)*gain
ꢀꢀꢀ‑‑
公式
①
[0101]
m2＝(f2 offset)*gain
ꢀꢀꢀ‑‑
公式
②
[0102]
因为f1,f2,m1,m2都是可万用表读取和单片机adc读取得到,
[0103]
所以需要计算的未知数就gain和voffset,这也是需要校准得到的数据.
[0104]
4、计算gain：
[0105]
公式
①‑
公式
②
[0106]
m1
‑
m2＝(f1
–
f2)*gain
[0107]
gain＝(m1
–
m2)/(f1
‑
f2)
[0108]
5、计算offset：
[0109]
公式
①
公式
②
[0110]
(m1 m2)＝(f1 f2 2*offset)*gain
[0111]
(m1 m2)/gain＝f1 f2 2*offset
[0112]
offset＝[(m1 m2)/gain
–
(f1 f2)]/2
[0113]
因为gain已经在之前的步骤中计算得到，所以offset的值也可以计算得出。
[0114]
6、验证使用adc校准得到的gain和offset.
[0115]
假设单片机adc正常读取adc的值为v1，校准后的电压为v2；
[0116]
所以校准后的电压是v2＝v1/gain
‑
offset.
[0117]
下表是在整个量程范围内选取的多个点的测试结果，如表1所示：
[0118]
根据表1可知:
[0119]
f1＝927.2,m1＝920,f2＝3333.8,m2＝3325
[0120]
根据如下公式计算gain:
[0121]
gain＝(m1
–
m2)/(f1
‑
f2)
[0122]
gain＝(920
‑
3325)/(927.2
‑
3333.8)＝0.999334566
[0123]
根据如下公式计算voffset:
[0124]
offset＝[(m1 m2)/gain
–
(f1 f2)]/2
[0125]
offset＝[(920 3325)/0.999334566
–
(927.2 3333.8)]/2＝
‑
6.584324958；
[0126]
由上面计算出的gain和offset来计算校准后的值。
[0127]
v2＝v1/gain
–
offset
[0128]
校准前误差计算公式:
[0129]
error1＝(m1
‑
f1)/4096
[0130]
校准后误差计算公式:
[0131]
error2＝(v2
‑
f1)/4096。
[0132]
表1
[0133][0134]
平均误差：0.1847％
ꢀꢀ
0.0598％
[0135]
由于单片机adc是12位的,所以adc读取的最多数字量是212＝4096,所以在计算误差的时候使用了4096这个数字。在测试数据中追加校准前的误差和校准后的误差,如表1所示，校准后误差会明细减小。
[0136]
本发明实施例提供一种生产线检测设备的校准方法，包括将直流电源模块的电压输入到待检测设备上，根据直流电源模块的第一输入电压和第二输入电压，确定待检测设备的第一调整电压和第二调整电压，其中，第一输入电压和第二输入电压是通过万用表获得的；根据第一调整电压和第二调整电压，确定目标偏移量和目标增益，目标偏移量和目标增益用于对待检测设备进行校准，这样，在出厂之前，对待检测设备进行校准，在使用的时候，减少检测误差，体现出信号的真实值。
[0137]
本发明还提供一种模数转换校准系统，包括直流电源模块、万用表和待检测设备；处理器为单片机，在本发明实施例中不做具体限定，在本发明实施例中单片机具体为atsamd21g18a
‑
mu；
[0138]
直流电源模块为直流电源agilent 66319b；用于提供外部输入电压值；
[0139]
万用表fluke 8846a：用于测量直流电源agilent 66319b输出电压,并作为标准值；
[0140]
待检测设备具体为工厂需要校准的产品，标准输入电压0v
‑
10v；
[0141]
待检测设备包括分压模块和处理器，分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述直流电源模块的输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，并且与所述待检测设备的处理器的测试引脚相连，所述第二电阻的第二端与地相连。
[0142]
其中，处理器用于执行包括上述的生产线检测设备的校准方法。
[0143]
本发明实施例提供一种模数转换校准系统，包括将直流电源模块的电压输入到待检测设备上，根据直流电源模块的第一输入电压和第二输入电压，确定待检测设备的第一调整电压和第二调整电压，其中，第一输入电压和第二输入电压是通过万用表获得的；根据第一调整电压和第二调整电压，确定目标偏移量和目标增益，目标偏移量和目标增益用于对待检测设备进行校准，这样，在出厂之前，对待检测设备进行校准，在使用的时候，减少检测误差，体现出信号的真实值。
[0144]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。