阅读说明：本技术 一种模拟信号采集编码设备输出数字量标定方法 (Method for calibrating output digital quantity of analog signal acquisition coding equipment ) 是由 赵海旺 毛飞 于 2019-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模拟信号采集编码设备输出数字量标定方法,属于模拟信号的采集与变换技术领域。本发明首先对模拟信号采编设备输入接口电路中的每一路模拟量采集输出信号进行输出数字量标定,拟合出修正方程；然后对相同幅度的不同模拟量信号,确定归一化转换方程；再在数字信号处理电路中增加配置文件,使得每一路数字量输出前,读取数字信号处理电路中的配置参数,将要输出的数字量进行转换,最终通过归一化转换方程实现输出数字量标定。本方法在不改变硬件性能的情况下,通过软件实现了转换公式统一,大幅节约了设备硬件成本。(The invention discloses a method for calibrating output digital quantity of analog signal acquisition coding equipment, and belongs to the technical field of acquisition and conversion of analog signals. Firstly, carrying out output digital quantity calibration on each path of analog quantity acquisition output signals in an input interface circuit of analog signal acquisition and coding equipment, and fitting a correction equation; then, determining a normalized conversion equation for different analog quantity signals with the same amplitude; and adding a configuration file in the digital signal processing circuit, reading configuration parameters in the digital signal processing circuit before outputting each path of digital quantity, converting the digital quantity to be output, and finally realizing output digital quantity calibration through a normalized conversion equation. The method realizes the unification of conversion formulas through software under the condition of not changing the hardware performance, and greatly saves the hardware cost of equipment.)

一种模拟信号采集编码设备输出数字量标定方法

技术领域

本发明属于模拟信号的采集与变换技术领域，涉及一种模拟信号的采集编码方法，特别涉及采集路数较多且输出的数字量结果一致性要求较高的采集编码设备或系统。

背景技术

在现代有线或无线通信系统中，模拟信号直接传输的效率很低，一般通过模拟信号采集编码设备对模拟信号进行采集、量化和编码后，转化为数字信号进行输出。

模拟信号采集编码设备一般由电源电路、信号输入接口电路、信号隔离电路、数字信号处理电路(MCU)和RS422输出接口构成。其原理框图如图1所示。

其中信号输入接口电路主要是将不同幅度的输入电压统一变换到信号隔离芯片及ADC采样芯片能够接受的电压范围。一般使用差分放大电路实现，原理图如图2所示。将电路并联排布，通过调整R16和R8的阻值，即可以实现不同幅度多路输入信号的统一幅度输出。

但是在图2所示电路中，由于电阻值存在一定的误差范围(工业级电阻一般在1％以内)。导致电压相同的输入信号经过输入接口电路后，输出的电压值会有较大变化。变换后的电压经过隔离、采样、编码输出后，输出值与真实值也会存在一定差距。

为了减小这种误差，一般采用输出标定的方法，对每一路模拟量信号都重新拟合一个修正方程，即Y＝A_nX+B_n(其中，Y为输入电压值，X为输出数字量，n为模拟量采集路号，n＝1、2…)。但是，由于R8、R16电阻值的差异，对于不同的n，An和Bn都不相同。这就使得使用者必须根据不同的模拟量路号配置不同的转换方程，为使用带来很***烦。

现有的解决方法一般是使用更高精度的电阻(千分之一以内)。可以将输出误差降低到可忽略的程度。但是使用更高精度的电阻会使元器件价格指数级增长，造成较大的成本压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种能够将相同幅值的模拟量信号按照统一方程归一化采集输出数字量的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟信号采集编码设备输出数字量标定方法，包括如下步骤。

步骤1：对模拟信号采编设备输入接口电路中的每一路模拟量采集输出信号进行输出数字量标定，拟合出修正方程Y＝A_nX_before+B_n，其中，Y为输入电压值，X为输出数字量，n为模拟量采集路号，n＝1、2…；

步骤2：对于相同幅度的不同模拟量信号，确定归一化转换方程Y＝A₀X_after+B₀；

步骤3：在数字信号处理电路中增加配置文件，使得每一路数字量输出前，读取数字信号处理电路中的配置参数，将要输出的数字量X_before按照以下公式进行转换，

步骤4：所述步骤3完成转换后，按照步骤2归一化转换方程实现输出数字量标定。

有益效果

(1)本方法给出了归一化转换公式，使得对于相同幅度的模拟量能够按照相同的转换公式进行使用，为使用者提供了便利。(2)相同幅度下的模拟量信号输出转换公式不同，是由采编设备硬件电路特性导致的，本方法在不改***件性能的情况下，通过软件实现了转换公式统一，大幅节约了设备硬件成本。

附图说明

图1为采编设备原理框图。

图2为信号输入接口电路标准电路图。

图3为本发明输出数字量标定方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及的模拟信号采集编码设备由电源电路、信号输入接口电路、信号隔离电路、数字信号处理电路(MCU)和RS422输出接口构成。其中信号输入接口电路将不同幅度的输入电压统一变换到信号隔离芯片及ADC采样芯片能够接受的电压范围，使用差分放大电路实现，原理图如图2所示。

本发明提供的一种模拟信号采集编码设备输出数字量标定方法，具体实施方式包括如下步骤(如图3所示)。

第一步：

按照原始的采编设备正常编码输出。

第二步：

对每一路模拟量采集输出信号进行输出数字量标定，拟合出修正方程。Y＝A_nX_before+B_n(其中，Y为输入电压值，X为输出数字量，n为模拟量采集路号，n＝1、2…)。

第三步：

对于相同幅度的不同模拟量采集输出信号，确定一个归一化转换方程Y＝A₀X+B₀。A₀和B₀一般根据数字量的使用需求确定。

例如，多路最大幅值为Y₀的，按照m字节数字量输出，则归一化方程可以定为

即

B₀＝0，这样既能保证最大输出幅值为Y₀，又不会降低转换精度。

第四步：

在MCU中增加配置文件，使得每一路数字量输出前，能够读取MCU中的配置参数，将要输出的数字量X_before按照以下公式进行转换。

第五步：

完成转换后，X_after取整，按照步骤2实现输出数字量标定。此时，对于相同幅值的模拟量信号，即使通过不同的模拟量采集通道，都可有统一的数字量输出转化方程。

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。

对4路最大幅值为35V的模拟量信号进行采编处理，单字节(0～255)输出。由于后端隔离芯片最大输入电压为2.5V。因此将图1中R16设计为510KΩ，R8设计为36KΩ，这样可以将35V电压调压至2.3V，保护后级芯片。

示例：

本方法使用前。

按照传统方法，对输出的数字量X_before不做处理，得到4个拟合方程。

Y₁＝0.14934X₁+0.10054

Y₂＝0.15040X₂+0.11118

Y₃＝0.14883X₃+0.12487

Y₄＝0.15762X₄+0.13200

取X＝180，按照以上方程反算模拟量分别为26.98174V、27.18318V、26.91427V以及28.5036V，最大值与最小值相差约1.5V。

若后级用户需要使用这四路模拟量数据，必须按照以上拟合方程分别计算得到电压值，使用较为麻烦。

本方法使用后。

要求四路模拟量数据均使用Y＝0.137255X来计算。

按照发明内容中第四步所述，在X_before输出前换算为X_after。变换公式分别为

变换后，采编设备输出的数字量统一变换为Y＝0.137255X。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。