本發(fā)明涉及模擬量采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置和方法。

背景技術(shù)：

在各種工業(yè)自動(dòng)化控制場(chǎng)合以及信號(hào)采集中，需要大量的模擬量信號(hào)采集，模擬量對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求很高，要求模擬量采集的精度越高越好，這樣能精確的知道現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)細(xì)微的變化，因此有必要設(shè)計(jì)相對(duì)高精度的模擬量采集板卡，但由于模擬量器件本身精度的限制，以及pcb印制板布線之間的干擾，從硬件方面解決模擬量精度作用有限，所以一般情況下，需要通過(guò)人工來(lái)校準(zhǔn)參數(shù)。

采用手動(dòng)校準(zhǔn)方法，操作工人需對(duì)模塊的每一個(gè)通道一一進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)通道校準(zhǔn)的步驟也非常復(fù)雜，校準(zhǔn)過(guò)程相對(duì)耗費(fèi)人工，而且校準(zhǔn)結(jié)果不準(zhǔn)確，不利于批量校準(zhǔn)測(cè)試，生產(chǎn)效率低。采用手動(dòng)校準(zhǔn)方法，是由人工去完成大量的重復(fù)性工作，浪費(fèi)人力資源，耗費(fèi)企業(yè)生產(chǎn)成本，采用手動(dòng)校準(zhǔn)方法，操作工人長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)單一的工作，容易產(chǎn)生疲勞，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)品漏校準(zhǔn)或誤校準(zhǔn)的情況，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明公開(kāi)一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置和方法，從而使校準(zhǔn)速度快，校準(zhǔn)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

解決方案如下，本發(fā)明公開(kāi)一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置，包括：

主控芯片：通過(guò)串行通訊接口控制模擬量輸出模塊輸出類(lèi)型以及輸出信號(hào)的大小，主控芯片存儲(chǔ)有差值范圍表并對(duì)比模擬轉(zhuǎn)換器的值與輸出特定信號(hào)的大??；

模擬量輸出模塊：在主控芯片的控制下，輸出相應(yīng)大小的電壓信號(hào)或電流信號(hào)；

分壓網(wǎng)絡(luò)模塊：把輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)分壓到模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以接受的輸入范圍；

通道模塊：對(duì)應(yīng)分壓網(wǎng)絡(luò)模塊，供分壓網(wǎng)絡(luò)模塊分壓的值通過(guò)不同的通道流入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將通道模塊中流入的模擬電壓信號(hào)或者模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)或者數(shù)字電流信號(hào)，再輸入到主控芯片中進(jìn)行對(duì)比。

其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置有多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊上都并聯(lián)有兩個(gè)精度為0.1％的精密電阻，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端分別連接通道模塊中對(duì)應(yīng)的子通道。

其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)模塊上設(shè)置有八個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊，八個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊分別對(duì)應(yīng)8個(gè)子通道。

其中，所述主控芯片采用at89c51，模擬量輸出模塊、分壓網(wǎng)絡(luò)模塊以及通道模塊分別集成在一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)芯片中，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片采用max4581，主控芯片的其中三個(gè)輸出端與模擬開(kāi)關(guān)芯片的三個(gè)輸入端電連接，主控芯片的三個(gè)輸出端的電平變化控制模擬開(kāi)關(guān)芯片上對(duì)應(yīng)的八個(gè)子通道的輸出。

其中，所述模擬轉(zhuǎn)換器包括模擬轉(zhuǎn)換芯片ad7792以及兩個(gè)分壓電阻和一個(gè)濾波電容，兩個(gè)分壓電阻連接在模擬轉(zhuǎn)換芯片與開(kāi)關(guān)芯片之間，所述濾波電容并聯(lián)在兩個(gè)分壓電阻之間，所述模擬轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與主控芯片at89c51電連接。

本發(fā)明還公開(kāi)一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的方法，包括：

主控芯片上電復(fù)位；

主控芯片檢測(cè)是否有啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊的指令；

當(dāng)啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊時(shí)，主控芯片通過(guò)串行通信控制模擬量輸出模塊的特定通道模塊輸出特定電壓信號(hào)或電流信號(hào)；

主控芯片控制該通道對(duì)應(yīng)的通路導(dǎo)通，并讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值；

主控芯片存儲(chǔ)有差值范圍表，對(duì)比模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值與輸出特定信號(hào)的大?。?/p>

根據(jù)對(duì)比值的大小，調(diào)整模擬輸出模塊輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)的大小。

其中，當(dāng)差值在輸出誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為此通道已校準(zhǔn)完成；

當(dāng)差值不在輸出誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)一步判斷差值的大??；

當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值比較小，則增大模擬量輸出模塊輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，反之，則減小模擬量輸出模塊輸出的電壓或電流信號(hào)，并重復(fù)上述過(guò)程直到所有通道都得到校準(zhǔn)。

其中，當(dāng)啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊時(shí)，主控芯片首先通過(guò)串行通信設(shè)置模擬量輸出模塊為電壓信號(hào)的輸出，再控制與主控芯片連接的發(fā)光二極管燈滅，然后進(jìn)行模擬量輸出模塊的校準(zhǔn)；

完成電壓信號(hào)的輸出后，主控芯片通過(guò)串行通信設(shè)置模擬量輸出模塊為電流信號(hào)輸出，再控制提示完成的發(fā)光二極管燈滅，然后進(jìn)行模擬量輸出模塊的校準(zhǔn)。

其中，校準(zhǔn)模擬量輸出模塊的電流信號(hào)或者電壓信號(hào)時(shí)，采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器只有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，同一時(shí)間內(nèi)只校準(zhǔn)其中一個(gè)通道，

其中，在每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的分步驟中，主控芯片首先通過(guò)串行通信控制模擬量輸出模塊其中一個(gè)通道輸出滿量程預(yù)置值，切換模擬開(kāi)關(guān)芯片對(duì)應(yīng)的通路導(dǎo)通；

等待100ms使模擬量輸出信號(hào)避開(kāi)信號(hào)從模擬量輸出到信號(hào)采集模塊的傳輸延時(shí)后，單片機(jī)再去讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值，與滿量程值進(jìn)行對(duì)比；

如果對(duì)比差值在允許誤差范圍內(nèi)，則表示本通道校準(zhǔn)完成，隨后進(jìn)行下一通道的校準(zhǔn)，直到模擬量輸出模塊的各個(gè)通道都得到校準(zhǔn)；

如果對(duì)比值差不在允許誤差范圍內(nèi)，再對(duì)比讀取到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值是否比滿量程值大；

如果偏大，則控制模擬量輸出模塊當(dāng)前校準(zhǔn)通道輸出更小的值，并進(jìn)行重復(fù)上述校準(zhǔn)流程；

如果偏小，則控制模擬量輸出模塊當(dāng)前校準(zhǔn)通道輸出更大的值，并進(jìn)行重復(fù)上述校準(zhǔn)流程。

當(dāng)模擬量輸出模塊的所有通道都得到校準(zhǔn)后，控制發(fā)光二極管常亮提示模塊校準(zhǔn)完成。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在硬件方面只需在主控芯片上連接一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)芯片，再將一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器同時(shí)連接主控芯片和模擬轉(zhuǎn)換器，通過(guò)相關(guān)的軟件控制，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)，硬件控制簡(jiǎn)單，軟件設(shè)置上也相對(duì)簡(jiǎn)單，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)的效率和準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校準(zhǔn)功能，提高了校準(zhǔn)效率，降低了錯(cuò)誤率。通過(guò)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行plc模擬量輸出校準(zhǔn)時(shí)人工干預(yù)少，操作人員只要按下啟動(dòng)按鍵，便可以在結(jié)束后通過(guò)查看發(fā)光二極管的狀態(tài)來(lái)判定是否校準(zhǔn)通過(guò)，校準(zhǔn)期間不需要人工干預(yù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)校準(zhǔn)模塊示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的分壓網(wǎng)絡(luò)模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的通道模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例控制電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)校準(zhǔn)的方法總框圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例校準(zhǔn)模擬量輸出模塊子程序流程圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本案作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明公開(kāi)一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置，包括：

主控芯片：通過(guò)串行通訊接口控制模擬量輸出模塊輸出類(lèi)型以及輸出信號(hào)的大小，主控芯片存儲(chǔ)有差值范圍表并對(duì)比模擬轉(zhuǎn)換器的值與輸出特定信號(hào)的大小；

模擬量輸出模塊：在主控芯片的控制下，輸出相應(yīng)大小的電壓信號(hào)或電流信號(hào)；

分壓網(wǎng)絡(luò)模塊：把輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)分壓到模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以接受的輸入范圍；

通道模塊：對(duì)應(yīng)分壓網(wǎng)絡(luò)模塊，供分壓網(wǎng)絡(luò)模塊分壓的值通過(guò)不同的通道流入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將通道模塊中流入的模擬電壓信號(hào)或者模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)或者數(shù)字電流信號(hào)，再輸入到主控芯片中進(jìn)行對(duì)比。

在本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖2，分壓網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置有八個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊上都并聯(lián)有兩個(gè)精度為0.1％的精密電阻，即共有16個(gè)精密電阻，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端分別連接通道模塊中對(duì)應(yīng)的子通道。對(duì)應(yīng)的，子通道設(shè)置有八個(gè)，參閱圖3中主控芯片與通道模塊串行通信示意圖，通道p0-p7為電壓信號(hào)或電流信號(hào)的輸出通道，在通道模塊上還設(shè)置有24v的電壓輸入通道，接地通道以及兩個(gè)懸空的通道。

在本實(shí)施例重，分壓網(wǎng)絡(luò)的主要功能是把輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)分壓到模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以接受的輸入范圍。如：工業(yè)上常用的模擬量輸出信號(hào)有-10v～10v和-20ma～+20ma。當(dāng)-10v～10v接入到第一個(gè)通道p0端子時(shí)，經(jīng)過(guò)r1和r2構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)，代入具體電阻值，得到ain0的電壓為-2.63v～2.63v。

當(dāng)-20ma～+20ma接入到第一個(gè)通道p0端子時(shí)，經(jīng)過(guò)r1和r2構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)，可以知道ain0的電壓＝(-20ma～+20ma)*r2,代入具體電阻值，得到ain0的電壓為-2.5v～2.5v。

請(qǐng)參閱圖4，在本實(shí)施例中，主控芯片采用at89c51芯片，模擬量輸出模塊、分壓網(wǎng)絡(luò)模塊以及通道模塊分別集成在一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)芯片中，模擬開(kāi)關(guān)芯片采用max4581，主控芯片的p10引腳、p11引腳與p12引腳分別與模擬開(kāi)關(guān)芯片的a引腳、b引腳以及c引腳電連接，主控芯片通過(guò)這三個(gè)引腳的不同信號(hào)的輸入來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)芯片的八個(gè)通道的工作，例如：當(dāng)p10輸出高電平，p11與p12輸出低電平時(shí)，將選擇模擬開(kāi)關(guān)u1的第二個(gè)通道x1與其輸出x導(dǎo)通，即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)分壓后的信號(hào)ain1傳輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換器ad7792的輸入端，其他幾個(gè)信號(hào)通道的控制原理也一樣。

在本實(shí)施例中，模擬轉(zhuǎn)換器包括模擬轉(zhuǎn)換芯片ad7792以及兩個(gè)分壓電阻r19和r18的分壓限流和一個(gè)濾波電容c4，兩個(gè)分壓電阻連接在模擬轉(zhuǎn)換芯片與開(kāi)關(guān)芯片之間，濾波電容c4并聯(lián)在兩個(gè)分壓電阻r19和r18之間，模擬轉(zhuǎn)換芯片ad7792的低電平的cs引腳、sclk引腳、din引腳以及dout/rdy引腳與主控芯片at89c51電連接，經(jīng)過(guò)模擬轉(zhuǎn)換芯片ad7792的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)后，輸入到主控芯片中進(jìn)行對(duì)比分析判斷。

在本實(shí)施例中，主控芯片u2還包括一個(gè)由電阻r17與電容c3構(gòu)成的復(fù)位電路，該電路用于給主控芯片u2上電復(fù)位；同時(shí)，電容c1、電容c2、與晶體振蕩器x1構(gòu)成振蕩電路，該電路用于給單片機(jī)u2提供工作時(shí)鐘。

在本實(shí)施例中，主控芯片u2上還連接有按鍵式開(kāi)關(guān)s1，按鍵式開(kāi)關(guān)s1給主控芯片提供啟動(dòng)校準(zhǔn)信號(hào)，由于本實(shí)施例所用的主控芯片u2的特性，在沒(méi)有按下開(kāi)關(guān)s1時(shí)，主控芯片u2識(shí)別到高電平信號(hào)輸入，按下開(kāi)關(guān)s1后，主控芯片u2識(shí)別到低電平信號(hào)，主控芯片通過(guò)識(shí)別到從高變低的下降沿電平信號(hào)，從而認(rèn)為啟動(dòng)信號(hào)有效，從而啟動(dòng)自動(dòng)校準(zhǔn)模塊。在本實(shí)施例中，電阻r20與發(fā)光二極管d1構(gòu)成校準(zhǔn)結(jié)果提示電路，電阻r20起到限流作用，當(dāng)校準(zhǔn)完成時(shí)，單片機(jī)控制發(fā)光二極管d1常亮。

請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明還公開(kāi)一種自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的方法，包括：

主控芯片上電復(fù)位；

主控芯片檢測(cè)是否有啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊的指令；

當(dāng)啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊時(shí)，主控芯片通過(guò)串行通信控制模擬量輸出模塊的特定通道模塊輸出特定電壓信號(hào)或電流信號(hào)；

主控芯片控制該通道對(duì)應(yīng)的通路導(dǎo)通，并讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值；

主控芯片存儲(chǔ)有差值范圍表，對(duì)比模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值與輸出特定信號(hào)的大??；

根據(jù)對(duì)比值的大小，調(diào)整模擬輸出模塊輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)的大小。

其中，當(dāng)差值在輸出誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為此通道已校準(zhǔn)完成；

當(dāng)差值不在輸出誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)一步判斷差值的大?。?/p>

當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值比較小，則增大模擬量輸出模塊輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，反之，則減小模擬量輸出模塊輸出的電壓或電流信號(hào)，并重復(fù)上述過(guò)程直到所有通道都得到校準(zhǔn)。

當(dāng)啟動(dòng)校準(zhǔn)模擬量輸出模塊時(shí)，主控芯片首先通過(guò)串行通信設(shè)置模擬量輸出模塊為電壓信號(hào)的輸出，再控制與主控芯片連接的發(fā)光二極管燈滅，然后進(jìn)行模擬量輸出模塊的校準(zhǔn)；

完成電壓信號(hào)的輸出后，主控芯片通過(guò)串行通信設(shè)置模擬量輸出模塊為電流信號(hào)輸出，再控制提示完成的發(fā)光二極管燈滅，然后進(jìn)行模擬量輸出模塊的校準(zhǔn)。

請(qǐng)參閱圖6，校準(zhǔn)模擬量輸出模塊的電流信號(hào)或者電壓信號(hào)時(shí)，采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器只有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，同一時(shí)間內(nèi)只校準(zhǔn)其中一個(gè)通道，

在每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的分步驟中，主控芯片首先通過(guò)串行通信控制模擬量輸出模塊其中一個(gè)通道輸出滿量程預(yù)置值，切換模擬開(kāi)關(guān)芯片對(duì)應(yīng)的通路導(dǎo)通；

等待100ms使模擬量輸出信號(hào)避開(kāi)信號(hào)從模擬量輸出到信號(hào)采集模塊的傳輸延時(shí)后，單片機(jī)再去讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值，與滿量程值進(jìn)行對(duì)比；

如果對(duì)比差值在允許誤差范圍內(nèi)，則表示本通道校準(zhǔn)完成，隨后進(jìn)行下一通道的校準(zhǔn)，直到模擬量輸出模塊的各個(gè)通道都得到校準(zhǔn)；

如果對(duì)比值差不在允許誤差范圍內(nèi)，再對(duì)比讀取到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值是否比滿量程值大；

如果偏大，則控制模擬量輸出模塊當(dāng)前校準(zhǔn)通道輸出更小的值，并進(jìn)行重復(fù)上述校準(zhǔn)流程；

如果偏小，則控制模擬量輸出模塊當(dāng)前校準(zhǔn)通道輸出更大的值，并進(jìn)行重復(fù)上述校準(zhǔn)流程。

當(dāng)模擬量輸出模塊的所有通道都得到校準(zhǔn)后，控制發(fā)光二極管常亮提示模塊校準(zhǔn)完成。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

1、本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)plc模擬量輸出模塊的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在硬件方面只需在主控芯片上連接一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)芯片，再將一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器同時(shí)連接主控芯片和模擬轉(zhuǎn)換器，通過(guò)相關(guān)的軟件控制，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)；提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)的效率和準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校準(zhǔn)功能，提高了校準(zhǔn)效率，降低了錯(cuò)誤率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

2)硬件控制簡(jiǎn)單，軟件設(shè)置上也相對(duì)簡(jiǎn)單，在進(jìn)行plc模擬量輸出校準(zhǔn)時(shí)人工干預(yù)少，操作人員只要按下啟動(dòng)按鍵，便可以在結(jié)束后通過(guò)查看發(fā)光二極管的狀態(tài)來(lái)判定是否校準(zhǔn)通過(guò)，校準(zhǔn)期間不需要人工干預(yù)。

以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。