霍尔电流传感器的校准装置及方法与流程

1.本技术涉及电气设备技术领域，具体而言，涉及一种霍尔电流传感器的校准装置及方法。


背景技术：

2.随着工业自动化的不断发展，越来越多的智能设备需要采用传感器采集数据，对采集的数据进行数据分析以预测一些可能发生的事情，从而减少故障停机损失，提高生产效率。电流传感器是一种常见的传感器，随着电子电力技术的推广，电流传感器的应用领域从传统的变频器、ups、电焊机等领域，逐步延伸到新能源汽车、光伏发电、风力发电等诸多新能源领域。霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，广泛地应用于交、直流电气线路和设备的电流测量、监控、保护，电能管理，电力、通信、气象、铁路、油田、建筑、计量、电解、工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。现有霍尔电流传感器的校准方法可包括以下方式：方式一，校准时，先测量供电电压的大小，再根据供电电压的大小换算测得的电压值，之后根据换算后的电压值进行校准，由于需要进行两次电压值的测量以及电压换算，导致校准效率偏低，且在校准时，会引入adc的非线性误差以及叠加了adc/参考电压的误差，导致校准的精度不高。
3.方式二，选用高精度的可控低压差线性稳压器（low dropout regulator，ldo）作为可编程线性霍尔电流传感器的供电电源，选用高精度、低噪声的基准电压芯片作为adc的基准，选用高精度逐次逼近式adc作为测量芯片。在这种校准方式中为了保证测试精度，要对测量系统进行调教（硬件 软件放方式），导致校准效率偏低。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种霍尔电流传感器的校准装置及方法，用以解决了现有技术存在的上述问题，可提高校准效率和校准精度。
5.第一方面，提供了一种霍尔电流传感器的校准装置，该装置可以包括：可编程电流源，用于输出的供电电流；被校准霍尔电流传感器，用于基于所述可编程电流源输出的所述供电电流，输出第一电流；信号调理电路，用于采集所述被校准霍尔电流传感器输出的所述第一电流，并基于所述第一电流的电流值，生成通路控制信号，并向继电器发送所述控制信号，以及将所述第一电流的电流值上传至上位机；接收所述上位机下发的校准值，并将所述校准值下发至所述被校准霍尔电流传感器；继电器，用于基于所述通路控制信号，控制连通所述被校准霍尔电流传感器与标准电流传感器的电流通路的导通或断开；所述电流通路的输入端流入所述第一电流；
标准电流传感器，用于接收所述电流通路输出的第二电流；万用表，用于检测所述第二电流的电流值，并将所述第二电流的电流值上传至所述上位机；上位机，用于基于所述信号调理电路上传的所述第一电流的电流值和所述万用表上传的所述第二电流的电流值，确定校准值，并将所述校准值下发至所述信号调理电路，以通过所述信号调理电路校准所述被校准霍尔电流传感器。
6.在一种可选的实现中，所述可编程电流源与所述被校准霍尔电流传感器电连接；所述被校准霍尔电流传感器与所述继电器电连接；所述继电器与所述标准电流传感器电连接；所述标准电流传感器与所述万用表电连接；所述万用表与所述上位机通过第一通讯协议进行通信连接；所述上位机与所述信号调理电路通过第二通讯协议进行通信连接；所述信号调理电路与所述被校准霍尔电流传感器通过第三通讯协议进行通信连接；所述信号调理电路与所述继电器通过控制信号进行控制连接。
7.在一种可选的实现中，所述标准电流传感器为存在预设精度范围的磁通门电流传感器，所述预设精度范围为不小于0.05%的精度范围。
8.在一种可选的实现中，所述被校准霍尔电流传感器为可编程的一体式霍尔电流传感器，其中，所述可编程的一体式霍尔电流传感器的可编程引脚与所述信号调理电路电连接。
9.在一种可选的实现中，所述上位机，具体用于预先设置霍尔电流传感器输出电流误差范围；若检测到所述第一电流的电流值与所述第二电流的电流值的差值在所述电流误差范围内，则基于所述信号调理电路上传的所述第一电流的电流值和所述万用表上传的所述第二电流的电流值，确定校准值；若检测到所述第一电流的电流值与的第一电流的电流值的差值不在所述电流误差范围内，则将预设校准值下发至所述信号调理电路，以通过所述信号调理电路校准所述被校准霍尔电流传感器，反复执行上述：将预设校准值下发至所述信号调理电路的步骤直至所述信号调理电路上传的第一电流与所述第二电流的电流值的差值在所述电流误差范围内。
10.在一种可选的实现中，所述被校准霍尔电流传感器，还用于接收到所述信号调理电路下发的校准值后，将所述校准值存储入存储器中。
11.在一种可选的实现中，所述信号调理电路，具体用于将采集的第一电流分别与预设满幅电流范围和预设零幅电流范围进行检测；若所述第一电流在所述预设满幅电流范围内或所述预设零幅电流范围内，则生成第一通路控制信号；所述第一通路控制信号用于控制所述继电器对所述电流通路导通；若所述第一电流在所述预设零幅电流范围内，则生成第二通路控制信号；所述第二通路控制信号用于控制所述继电器对所述电流通路进行断开。
12.第二方面，提供了一种霍尔电流传感器的校准方法，应用于第一方面的校准装置中，该方法可以包括：被校准霍尔电流传感器基于可编程电流源输出的供电电流，输出第一电流；信号调理电路基于所述第一电流的电流值，生成通路控制信号，并将所述第一电
流的电流值上传至所述上位机；继电器基于所述通路控制信号，控制连通所述被校准霍尔电流传感器与所述标准电流传感器的电流通路的导通或断开；所述电流通路的输入端流入所述第一电流；标准电流传感器接收所述电流通路输出的第二电流，并在万用表检测所述第二电流的电流值后，通过所述万用表将所述第二电流的电流值上传至所述上位机；上位机基于所述第一电流的电流值和所述第二电流的电流值，确定校准值，并将所述校准值下发至所述信号调理电路，并通过所述信号调理电路将所述校准值下发至所述被校准霍尔电流传感器，以校准所述被校准霍尔电流传感器。
13.第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第二方面中任一项上所述的方法步骤。
14.第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面中任一项上所述的方法步骤。
15.本技术实施例提供的霍尔电流传感器的校准装置中被校准霍尔电流传感器基于可编程电流源输出的供电电流，输出第一电流；信号调理电路采集被校准霍尔电流传感器输出的第一电流，并基于第一电流的电流值，生成通路控制信号，并向继电器发送控制信号，以及将第一电流的电流值上传至上位机；接收上位机下发的校准值，并将校准值下发至被校准霍尔电流传感器；继电器基于通路控制信号，控制连通被校准霍尔电流传感器与标准电流传感器的电流通路的导通或断开；电流通路的输入端流入第一电流；标准电流传感器接收电流通路输出的第二电流；万用表将检测的第二电流的电流值上传至上位机；上位机基于信号调理电路上传的第一电流的电流值和万用表上传的第二电流的电流值，确定校准值，并将校准值下发至信号调理电路，以通过信号调理电路校准被校准霍尔电流传感器。该装置可以自动化的完成对被校准霍尔电流传感器的校准提高了校准效率以及校准精度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本技术实施例提供的一种霍尔电流传感器的校准装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种信号调理电路的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种霍尔电流传感器的校准方法的流程示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本
申请实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.如图1所示，本技术实施例提供了一种霍尔电流传感器的校准装置，包括：可编程电流源、被校准霍尔电流传感器、信号调理电路、继电器、标准电流传感器、万用表和上位机。
20.其中，可编程电流源与被校准霍尔电流传感器电连接，且与标准电流传感器电连接；被校准霍尔电流传感器与继电器电连接；继电器与标准电流传感器电连接；标准电流传感器与万用表电连接；万用表与上位机通过第一通讯协议进行通信连接；上位机与信号调理电路通过第二通讯协议进行通信连接；信号调理电路与被校准霍尔电流传感器通过第三通讯协议进行通信连接；信号调理电路与继电器通过控制信号进行控制连接。
21.可编程电流源、被校准霍尔电流传感器、继电器和标准电流传感器构成了电流回路。
22.需要说明的是，第一通讯协议、第二通讯协议和第三通讯协议可以为相同的通讯协议，也可以为不同的通讯协议，本技术实施例在此不做限定。
23.可编程电流源，用于输出的供电电流；被校准霍尔电流传感器，用于基于可编程电流源输出的供电电流，输出第一电流；信号调理电路，用于采集被校准霍尔电流传感器输出的第一电流，并基于第一电流的电流值，生成通路控制信号，并向继电器发送控制信号，以及将第一电流的电流值上传至上位机；接收上位机下发的校准值，并将校准值下发至被校准霍尔电流传感器；继电器，用于基于通路控制信号，控制连通被校准霍尔电流传感器与标准电流传感器的电流通路的导通或断开；电流通路的输入端流入第一电流；标准电流传感器，用于接收电流通路输出的第二电流；万用表，用于检测第二电流的电流值，并将第二电流的电流值上传至上位机；上位机，用于基于信号调理电路上传的第一电流的电流值和万用表上传的第二电流的电流值，确定校准值，并将校准值下发至信号调理电路，以通过信号调理电路校准被校准霍尔电流传感器。
24.（1）为了提高校验精度，可以将可编程电流源输出设置值调整至已校准后的标准值，限压设置在1.2倍正常输出电压，并将输出开关打开。
25.（2）信号调理电路中控制核心为mcu，在程序中设置一路mcu输出，控制继电器吸合/断开，具体的，将采集的第一电流分别与预设满幅电流范围和预设零幅电流范围进行检测；若第一电流在预设满幅电流范围内或预设零幅电流范围内，则生成第一通路控制信号；第一通路控制信号用于控制继电器对电流通路导通；若第一电流在预设零幅电流范围内，则生成第二通路控制信号；第二通路控制信号用于控制继电器对电流通路进行断开。
26.进一步的，若霍尔电流传感器的校准装置中继电器的个数是多个，每个继电器的工作电流范围不同，即该校准装置包括支持不同工作电流范围的不同型号继电器，则信号调理电路中的mcu可以对不同型号的继电器进行选型，以满足当前第一电流的电流值。具体的，mcu可以在确定当前第一电流的电流值后，在不同型号的继电器中选择工作电流范围包
含该第一电流的电流值的继电器，并指示该继电器来控制电流通路的导通或断开。
27.也就是说，信号调理电路中的mcu不仅可以对继电器进行吸合/断开的控制，还可以对继电器进行选型。
28.（3）为了提高校验精度，与万用表电连接的标准电流传感可以器为存在预设精度范围的磁通门电流传感器，该预设精度范围可以为不小于0.05%的精度范围，具体可根据实际业务情况进行设置，本技术实施例中在此不做限定。
29.（4）为了提高校验精度，该万用表可以是程控六位半数字式万用表。
30.（5）上位机可以预先设置霍尔电流传感器输出电流误差范围，其包括电流误差上限值和电流误差下限值。由此上位机在接收到信号调理电路上传的第一电流的电流值后，需要检测第一电流的电流值与第二电流的电流值的差值是否在该电流误差范围内；1）若检测到信号调理电路上传的第一电流的电流值与第二电流的电流值的差值在电流误差范围内，则基于信号调理电路上传的第一电流的电流值和万用表上传的第二电流的电流值，确定校准值；进一步的，为了进一步提高校验精度，上位机还可以预先设置预设的校准误差值；之后，上位机在确定校准值后，可以将该校准值下发至信号调理电路，信号调理电路再将该校准值下发至被校准霍尔电流传感器。
31.被校准霍尔电流传感器接收到信号调理电路下发的校准值后，将校准值存储入缓存的存储器中。
32.在采用经该校准值校准的被校准霍尔电流传感器后的校准过程中，上位机得到新的第二电流，若检测到当前校准过程中得到的第一电流与第二电流的电流值的差值在电流误差范围内，则可以将该校准值从缓存的存储器移动至可读存储器中，即将该校准值烧写入被校准霍尔电流传感器的程序中。
33.2）若检测到信号调理电路上传的第一电流的电流值与第二电流的电流值的差值不在电流误差范围内，则将预设校准值下发至信号调理电路，以通过信号调理电路校准被校准霍尔电流传感器，反复执行上述：将预设校准值下发至信号调理电路的步骤直至信号调理电路上传的第一电流与第二电流的电流值的差值在电流误差范围内。其中，预设校准值为预设的最小校准值。
34.在一些实施例中，被校准霍尔电流传感器可以为可编程的一体式霍尔电流传感器，其中，可编程的一体式霍尔电流传感器的可编程引脚与信号调理电路电连接，以使信号调理电路电通过可编程引脚向可编程的一体式霍尔电流传感器进行编程。
35.目前有很多种校准可编程一体式电流传感器的方法，但是其存在各种各样的问题，如：（1）使用控制主机 校准仪 传感器编程夹具，及操作员操作控制的方式进行，可编程电流源存在上电过冲、上电缓慢、价格高、程控指令执行会造成一定效率损失，导致在进行大批量霍尔电流传感器校准时，成本高、效率低、一致性差。
36.而本技术上述霍尔电流传感器的校准装置对可编程一体式电流传感器的校准方法不需要操作员手动控制，且可编程电流源经调试后不存在上电过冲、上电缓慢等问题。
37.可见，本技术霍尔电流传感器的校准装置主要依靠信号调理电路中的编程器）来实现对霍尔电流传感器的比例输出的精准编程。
38.霍尔电流传感器是一种感应电流的传感器，其最关键的参数有两个：零点、灵敏
度。零点（即下述
△
vioutq，
△vioutq（5v）
是指在5v供电电压的情况下的零点）是指在没有被测电流情况下电流传感器的输出电压，灵敏度（即下述
△
sens
（5v）
指的是5v供电电压的情况下的灵敏度）指在有满量程电流情况下，电流传感器的输出电压。零点及灵敏度直接关系到了霍尔电流传感器的精度。
39.在汽车电子领域，霍尔电流传感器的零点
△
vioutq与灵敏度
△
sens与霍尔电流传感器的供电电压vcc存在以下比例关系：电压输出的比率变化定义为：灵敏度的比率变化定义为：对于adc而言，以24位adc举例：测量值v =码值/（2^24-1）*vref，因此，如图2所示，本技术使用信号调理电路中的编程器将霍尔电流传感器的供电电平（低噪声）给adc（编程器使用24位adc）做参考电压，即测量值v=码值/（2^24-1）*vcc。
40.根据上述公式，如果在编程过程中，出现了芯片供电电压不准确，如4.98v（理想值5v）。如果不继续软件调校，在上位机软件中编程零点为1/2 vcc（2.5v）,满幅输出设置为4.5v的情况下，实际完成编程后，给芯片准确的5v供电时，会发现实际零点为2.51v 》1/2 vcc，满幅输出实际为4.518v，导致芯片编程误差大。
41.如果将信号调理编程电路ldo输出（即芯片供电电压）作为adc的参考电压，那么在上位机面板上显示2.5v（显示值）的电压值对应的实际电压为2.5v/5v*4.98v=2.49v，显示4.5v（显示值）的电压值对应的实际电压为4.5v/5v*4.98v=4.482v，这两个值即为5v供电时校准准确之后，供电变更为4.98v时的理想值。
42.由此可知，这样在上位机中的adc采样结果，实质上以及经历了换算，而且是硬件原理上的换算，对于使用该结构的任意编程器（vcc可能有差异），都不需要对编程器进行额外的硬件及软件校正，即可达到极高的校准精度，根据实际实验，可以到达0.1%以内的校准精度；同时该校准方法有效降低了校准装置的制造难度及校正难度，进而降低了对于芯片的选型要求，进一步降低了芯片校正的硬件成本；对于编程过程中电压量的采集，均进行原理性补偿和换算，从根本上避免了采集、算法问题可能带来的编程问题。
43.图3为本技术实施例提供的一种霍尔电流传感器的校准方法的流程示意图。如图3所示，该方法可以包括：步骤s310、被校准霍尔电流传感器基于可编程电流源输出的供电电流，输出第一电流。
44.步骤s320、信号调理电路基于第一电流的电流值，生成通路控制信号，并将第一电流的电流值上传至上位机。
45.步骤s330、继电器基于通路控制信号，控制连通被校准霍尔电流传感器与标准电流传感器的电流通路的导通或断开。
46.电流通路的输入端流入第一电流。
47.步骤s340、标准电流传感器接收电流通路输出的第二电流，并在万用表检测第二电流的电流值后，通过万用表将第二电流的电流值上传至上位机。
48.步骤s350、上位机基于第一电流的电流值和所述第二电流的电流值，确定校准值，并将校准值下发至信号调理电路，并通过信号调理电路将所述校准值下发至被校准霍尔电流传感器，以校准被校准霍尔电流传感器。
49.在本技术提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的霍尔电流传感器的校准方法。
50.在本技术提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的霍尔电流传感器的校准方法。
51.本领域内的技术人员应明白，本技术实施例中的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术实施例中可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术实施例中可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
52.本技术实施例中是参照根据本技术实施例中实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
53.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
54.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
55.尽管已描述了本技术实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例中范围的所有变更和修改。
56.显然，本领域的技术人员可以对本技术实施例中实施例进行各种改动和变型而不脱离本技术实施例中实施例的精神和范围。这样，倘若本技术实施例中实施例的这些修改和变型属于本技术实施例中权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术实施例中也意图包含这些改动和变型在内。