CN102809463B - 气压传感器批量标定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气压传感器批量标定方法和装置，用以对多个气压传感器进行批量标定，所述装置包括至少一第一MCU、电平转换板、采集板和控制台。每一第一MCU设于一气压传感器内，且被配置为响应来自一控制台的标定命令而进入标定程序，对气压传感器进行气压标定，并返回气压传感器测量的压力值。电平转换板连接气压传感器的通信线路。采集板包括电平转换器、多路复用器以及第二MCU，该第二MCU连接该电平转换器和该多路复用器，且被配置为在该控制台和该第一MCU之间转发数据。控制台用以发出该标定命令而启动标定流程，并且根据气压传感器测量的压力值产生标定参数并返回给气压传感器。其中当气压传感器的第一MCU收到标定参数时，保存标定参数。

Description

气压传感器批量标定方法和装置

技术领域

本发明涉及传感器标定，尤其是涉及气压传感器批量标定方法和装置。

背景技术

传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立传感器输出量和输入量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下的误差关系。

为了提高效率，有些厂商提出的传感器的批量标定方案是：在一标定芯片内固化标定软件，将芯片焊接在传感器产品电路板上，连接传感器电桥，将传感器输出值进行运算放大，并进行控制和检测。另外，该芯片内还具有温度传感器，通过给传感器提供不同的温度点和压力点，将测量参数比对真实压力温度值，换算出标定参数，并将参数写入该芯片的EEPROM内保存。以后产品所测量的数据都会通过标定参数校准后输出，以表示目前测量气压的真实值。

为实现标定，除了为每一传感器配备上述标定芯片外，还需要添加MCU进行处理运算。此外，还需要为多个传感器配备相应的标定设备和PC机标定操作软件。目前，标定设备和操作软件都针对某款标定芯片，不具有兼容性。另外，为实现多通道同时标定，需要进行每个通道产品控制，电路切换(包括电源和通信)多达4路。如果标定100个产品，需要连接400路连接线束。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气压传感器批量标定方法，使得标定所需设备得到简化。

本发明另提供一种较为简化的气压传感器批量标定装置。

本发明所提出的一种气压传感器批量标定方法，包括以下步骤：

从一控制台发出标定命令；

从一采集板的一第二MCU转发该标定命令给一个或多个气压传感器中的一第一MCU；

响应于该标定命令，该第一MCU进入标定程序，对相应的气压传感器进行标定，并向该控制台返回压力测量值；

在该控制台计算标定参数；

从该控制台发送计算的标定参数；

从该第二MCU转发该标定参数给相应的气压传感器的第一MCU；以及

当收到标定参数时，该第一MCU保存标定参数。

在本发明的一实施例中，从一采集板的一第二MCU转发该标定命令给一个或多个气压传感器中的一第一MCU的同时还包括：在多个气压传感器之间切换电源供应。

本发明另提出一种气压传感器批量标定装置，用以对多个气压传感器进行批量标定，所述气压传感器批量标定装置包括至少一第一MCU、电平转换板、采集板和控制台。每一第一MCU设于一气压传感器内，且所述第一MCU被配置为响应来自一控制台的一标定命令而进入标定程序，对气压传感器进行气压标定，并返回气压传感器测量的压力值。电平转换板连接所述气压传感器的通信线路。采集板包括电平转换器、多路复用器以及第二MCU，该电平转换器连接该电平转换板，该多路复用器连接所述多个气压传感器的电源线路，该第二MCU连接该电平转换器和该多路复用器，且该第二MCU被配置为在该控制台和该第一MCU之间转发数据。控制台用以发出该标定命令而启动标定流程，并且根据气压传感器测量的压力值产生标定参数并返回给气压传感器。其中当气压传感器的第一MCU收到标定参数时，保存标定参数。

在本发明的一实施例中，所述多个气压传感器的通信线路并联成第一线束并连接该电平转换板。

在本发明的一实施例中，所述第一线束包含2根连接线。

在本发明的一实施例中，所述多个气压传感器的电源线路组成一第三线束组并连接到所述采集板上的一插座。

在本发明的一实施例中，第三线束组包括2*n根连接线，n为所述多个气压传感器的数目。

在本发明的一实施例中，所述多个气压传感器放置于一压力箱内，所述压力箱放置于一高低温箱内。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，取消了特定的标定芯片，降低了成本。传感器中MCU可与不同的电平转换芯片和采集板MCU配合，兼容范围更广。此外，通过对电源线的多路切换，减少了连接线束。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的气压传感器标定装置。

图2示出本发明一实施例的气压传感器标定方法流程。

图3A-3C示出本发明一实施例的气压传感器标定方法详细流程。

图4示出根据本发明一实施例的传感器产品结构。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的气压传感器标定装置。参照图1所示，传感器标定装置100包括一压力箱(图未示出)、一高低温箱(图未示出)、电平转接板110、一采集板120以及一计算机(PC机)130。

待标定的n(n为正整数)只传感器产品200放置于压力箱内。压力箱可为各个传感器200提供标定所需的压力。压力箱上具有多个管座脚，用来与传感器产品200需要引出的线路对接。这些管座脚可从压力箱向外引出线束，以满足传感器200的对接需要。

压力箱放置于高低温箱内。高低温箱可根据标定需要，提供高温、中温和低温三个温度点。

电平转接板110，尽量靠近传感器产品端，线束尽量缩短。电平转接板110也放置于高低温箱内，压力箱外。

采集板120放置在高低温箱外的适当位置，并且控制与电平转接板的线束长度，例如在5米内。

计算机130上配置应用软件，与采集板120通过RS232接口通信连接，控制距离10米内。经过应用软件配置的计算机，作为标定装置的控制台。

现说明线束连接关系。n只传感器产品200各自的通信线TX、RX分别在压力箱内并联，连接到压力箱上的管座脚，经其向外引出与电平转接板110对接。并且，n只传感器产品200的电源线，如VCC和GND分别连接压力箱的管座脚，通过管座脚向外引出的多路电源线组成的第三线束组，与采集板120的插座连接。n只传感器产品200的BD为标定控制线，标定时n只传感器的BD并联接地(GND)，使各传感器产品200的MCU进入标定特定程序。待标定的传感器端对外接插管脚(PIN)脚数或连接线数量为：传感器个数n×2+3。

电平转接板110，可通过由SCI信号TX、RX组成的第一线束与传感器产品连接，第一线束为2根。并且，电平转接板110通过12V电源线、半双工异步通信线、地线组成的第二线束与采集板120连接，连接线为3根。

采集板120通过RS232电平与计算机130的应用软件通信，连接线为3根，分别为232-in、232-out、232-GND。

多路复用器123安装于采集板120，且输出端连接采集板插座上的来自传感器的电源线。

MCU121安装于采集板120，且通过引脚连接电平转接板110的半双工输出线路，以及多路复用器的I/O接口。

图4进一步示出传感器产品的结构。参照图4所示，每一传感器产品200包括压力传感器210、MCU220、以及射频模块230。MCU220内嵌有温度传感器221和AD转换单元222，并配置了电可擦写只读存储器(EEPROM)223。并且，MCU220内配置标定程序，当检测到BD低电平进入，MCU220保持与采集板120异步通信，并将计算机130的软件计算的标定参数结果存储在EEPROM223内。传感器产品200端配置有校准算法，在工作模式下可以将标定参数代入算法校准测量值。

与使用特定应用的标定芯片相比，本实施例中在各传感器中设置MCU220，将可提高产品的灵活性和兼容性。例如，MCU220允许不同平台的采集板120与之交互，从而不必使用与标定芯片匹配的标定设备，这将大大降低设备的配置成本。

回到图1所示，采集板120上设有MCU121、电平转换器122、多路复用器123、5VLDO(LowDropOutlinearregulator，低压差线性稳压器)124、以及3.6VLDO125。采集板120外接电源为12V，分别经过两组LDO124降压至5V为采集板电路供电。3.6VLDO125作为控制传感器产品端的电源。通过多路复用器123进行n只传感器的供电电源切换，以实现每只传感器标定。MCU121通过编码选址方式控制多路复用器123切换通道，m个I/O口可以控制2m-1只产品。

在本发明的实施例中，采用同时控制切换VCC和GND的原因是，因为传感器产品设计低功耗，产品内阻相应较大。为减少连接线束，传感器通信线路并联，其微弱的通信电流能够与产品端的VCC或GND形成回路，从而使不需要工作的传感器处于不稳定的准工作状态，可能造成其他传感器数据改写影响标定结果，或者影响通信线路电平造成通信不良。

在本发明的实施例中，采用控制切换VCC和GND而不是控制切换通信线路TX、RX的原因是：采集板120需要同时控制切换TX、RX，所以两者控制线路数量一致，而TX、RX属于TTL电平，电流小，通信距离受限，容易受到干扰，抗EMC能力差，不宜远距离通过采集板连接；通信线路波特率较高，需要避免通过多路复用电路造成信号畸变，相应增加设计高频多路复用的难度，并增加不可靠因素。

另外，本发明的实施例由电平转换器122进行了通信线路的电平转换，提高了通信电压，增加了通信距离。此外，通过半双工通信减少一根线束，保证了标定过程的通信可靠。

概要地说，气压标定过程为：当各传感器产品200检测到BD的标定电平，则使能SCI通讯功能，标定包括三个温度点(低、中、高)、两个气压临界点标定；生成烧录ID；读出ID并与最终标定参数绑定。所需设备为：计算机130、采集板120和电平转接板110。

图2示出本发明一实施例的气压传感器标定方法基本流程。参照图2并结合图1所示，流程包括以下步骤：

在步骤S1，从计算机130发出标定命令。

在步骤S2，从采集板120的MCU121转发标定命令给一个或多个气压传感器200中的MCU220。

与此同时，在步骤S3，多路复用器123在多个气压传感器之间切换电源供应。

在步骤S4，响应于标定命令，被选中的气压传感器200的MCU220进入标定程序，对气压传感器200进行标定，并向该计算机130返回压力测量值。

在步骤S5，在计算机130，根据各个压力测量值和对应的标准值，计算标定参数。

在步骤S6，从计算机130发送计算的标定参数。

在步骤S7，从采集板120的MCU121转发该标定参数给相应的气压传感器200的MCU220。

在步骤S8，当收到标定参数时，传感器200的MCU220保存标定参数。

图3A-3C进一步示出本发明一实施例的气压传感器标定方法的详细流程。首先参照图3A所示，在步骤301，在计算机130上指令打开标定软件。

在步骤302，计算机130生成ID、以及写ID、读ID命令，依次切换发送给n路传感器产品200。在采集板120，如步骤401，收到PC指令后，进行n路切换，发读、写ID命令给传感器产品200，将接收到传感器验证的ID传给PC。在传感器产品200，如步骤501，写入ID，并向采集板120上传所写入的ID进行验证。

在步骤303，PC等待传感器的ID确认信息，将ID保存数据库，如某一线路错误，则置错误标志。

在步骤304，如ID验证通过，计算机130发出标定命令，让传感器产品200进入标定流程。在采集板120，如步骤402，采集板120进行n路切换，向传感器产品200发进入标定的命令，收到传感器产品200确认后上传给计算机130。在传感器产品200，如步骤502，传感器产品200回传确认进入标定信息帧。

在步骤305，计算机130等待传感器产品200的回传确认命令，如某一线路错误置错误标志。

在步骤306，计算机130每5分钟发读温度数据的命令，等待传感器产品200回传数据。在采集板120，如步骤403，采集板120向传感器产品200发读温度的命令，采集板120收到数据后上传给计算机130，如有错误则上传错误帧。在传感器产品200，如步骤503，传感器产品200将读取温度值上传给采集板120。

在步骤307，计算机130判断是否为错误帧，如有则标识错误线路。

在步骤308，计算机130判断传感器产温度是否稳定。如果是，则设置低压，进入步骤309。

在步骤309，温度稳定，计算机130发出读取低压值命令，首先进行低压标定。相应的，在采集板120，如步骤404，向传感器产品200发出测量压力值的命令，收到压力测量值后上传给计算机130。在传感器产品200，如步骤504，上传压力测量值。

在步骤310，计算机130收到低压数据，存入数据库。

在步骤311，设置高压后，计算机130发出读取高压值命令。相应的，在采集板120，如步骤405，向传感器产品200发出测量压力值的命令，收到测量值后上传给计算机130。在传感器产品200，如步骤505，上传压力测量值。

在步骤312，计算机130收到高压数据，存入数据库。

在步骤313，计算机130判断三个温度点(低温、常温、高温)是否测量完成，如果未完成，返回步骤306，如已完成，进入步骤314。

在步骤314，计算机130批量计算标定参数。

在步骤315，计算机130发出各个传感器产品200的常温标定参数。相应的，在采集板120，如步骤406，向传感器产品200下发常温下的标定参数，并将传感器产品200的回传参数上传计算机130。在传感器产品200，如步骤506，将标定参数写入其EEPROM，并回传常温下的标定参数。

在步骤316，计算机130收到常温标定参数回传并确认，有错则进行标记，然后发低温标定参数。相应的，在采集板120，如步骤407，向传感器产品200下发低温下的标定参数，并将传感器产品200的回传参数上传给计算机130。在传感器产品200，如步骤507，将标定参数写入其EEPROM，并回传低温下的标定参数。

在步骤317，计算机130收到低温标定参数回传并确认，如有错则进行标记，然后发高温标定参数。相应的，在采集板120，如步骤408，向传感器产品200发高温下的标定参数，并将传感器产品200的回传参数上传给计算机130。在传感器产品200，如步骤508，将标定参数写入其EEPROM，并回传高温下的标定参数。

在步骤319，计算机130收到高温标定参数回传并确认，如有错则进行标记，然后发批量校验传感器指令。相应的，在采集板120，如步骤409，向传感器产品200发校验指令。在传感器产品200，如步骤509，采样压力温度值，代入标定参数运算校准，上传校准值。

在步骤320，计算机130将上传的测量校准值跟实际值进行比对，标识每只传感器标定成功与否。

在步骤321，计算机130生成标定记录和表格。

在步骤322，标定完成。

通过上述方法，可以一次性批量标定传感器，降低原材料成本，操作灵活。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种气压传感器批量标定方法，用以对多个气压传感器进行批量标定，所述方法包括以下步骤：

从一控制台发出标定命令；

从一采集板的一第二MCU转发该标定命令给一个或多个气压传感器中的一第一MCU；

响应于该标定命令，该第一MCU进入标定程序，对相应的气压传感器进行标定，并向该控制台返回压力测量值；

在该控制台计算标定参数；

从该控制台发送计算的标定参数；

从该第二MCU转发该标定参数给相应的气压传感器的第一MCU；以及

当收到标定参数时，该第一MCU保存标定参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从一采集板的一第二MCU转发该标定命令给一个或多个气压传感器中的一第一MCU的同时还包括：在多个气压传感器之间切换电源供应。

3.一种气压传感器批量标定装置，用以对多个气压传感器进行批量标定，所述气压传感器批量标定装置包括：

至少一第一MCU，每一第一MCU设于一气压传感器内，且所述第一MCU被配置为响应来自一控制台的一标定命令而进入标定程序，对气压传感器进行气压标定，并返回气压传感器测量的压力值；

电平转换板，连接所述气压传感器的通信线路；以及

采集板，包括电平转换器、多路复用器以及第二MCU，该电平转换器连接该电平转换板，该多路复用器连接所述多个气压传感器的电源线路，该第二MCU连接该电平转换器和该多路复用器，且该第二MCU被配置为在该控制台和该第一MCU之间转发数据；以及

控制台，用以发出该标定命令而启动标定流程，并且根据气压传感器测量的压力值产生标定参数并返回给气压传感器；

其中当气压传感器的第一MCU收到标定参数时，保存标定参数。

4.如权利要求3所述的气压传感器批量标定装置，其特征在于，所述多个气压传感器的通信线路并联成第一线束并连接该电平转换板。

5.如权利要求4所述的气压传感器批量标定装置，其特征在于，所述第一线束包含2根连接线。

6.如权利要求3所述的气压传感器批量标定装置，其特征在于，所述多个气压传感器的电源线路组成一第三线束组并连接到所述采集板上的一插座。

7.如权利要求6所述的气压传感器批量标定装置，其特征在于，第三线束组包括2*n根连接线，n为所述多个气压传感器的数目。

8.如权利要求3所述的气压传感器批量标定装置，其特征在于，所述多个气压传感器放置于一压力箱内，所述压力箱放置于一高低温箱内。