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通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，屬于儀表與測量【技術領域】。該裝置包括三部分：對外界環(huán)境進行探測的環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊、儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊和數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊。每一系統(tǒng)模塊除部分功能與中央運算設備相同外擁有獨立的硬件與程序算法。儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)通過上下位機硬件接口協(xié)議完成通信方式的識別，再通過軟件協(xié)議識別數(shù)據(jù)類型。本發(fā)明通過從儀表中剝離出數(shù)據(jù)校正設備，使儀表類設備研發(fā)過程中不必考慮數(shù)據(jù)修正與環(huán)境補償?shù)瓤紤]，降低了研發(fā)難度。使用簡單，普適性好，能夠幫助技術水平有限的設計單位或個人在盡可能簡單的情況下設計出性能更好、使用環(huán)境參量范圍更廣的設備。
【專利說明】通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，屬于儀表與測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，針對測量數(shù)據(jù)的校正一般有以下兩種方法:⑴硬件補償方法:本方法在硬件設計中加入削弱環(huán)境干擾的設計，例如在電路中加入受環(huán)境因素影響與主要測量元器件相反的補償元件、影響測量結果的元器件選擇受環(huán)境影響小的型號、使用運算補償電路等。
[2]軟件修正方法:本方法通過軟件計算修正采集得到的數(shù)據(jù)，即在主控芯片程序中加入修正程序，修正程序通過環(huán)境測量傳感器采集外界環(huán)境數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)修正算法來校正測量數(shù)據(jù)。
[0003]上述兩種方法，存在一定優(yōu)缺點:(I)硬件補償方法，通過硬件補償可以提高測量精度的方法同時不需要修改數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序，不占用系統(tǒng)時間，一般在設計的使用范圍內(nèi)效果較理想。但是這一方法需要針對每一新設備特殊設計，設計較困難，會引入附加的硬件功耗，有時會較大。另外有些情況下可能找不到合適的補償方法。(2)軟件修正方法:軟件修正的方法適用面較廣，但需要為設備添置環(huán)境參量的輔助設備，修正程序會消耗處理器時間，對系統(tǒng)處理速度有不利影響。在程序中添加軟件修正模塊和在硬件電路中加入輔助環(huán)境測量硬件都會帶來系統(tǒng)設計上的不便，有時甚至需要修改整體設計方案來實現(xiàn)軟件修正。
[0004]當前社會上科研、生產(chǎn)、國防等領域都需求更精確、環(huán)境適應更好的儀表設備，但大范圍的環(huán)境情況波動無疑會降低設備精度，使用傳統(tǒng)方法工作的校正設備(技術)適用面小，研發(fā)的時間成本與物質成本都很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對以上技術缺點，提出一種通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，以便能夠提高設備的測量精度，擴展設備的應用范圍，同時有利于降低相關領域的設備成本。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。
[0007]—種通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，包括三部分:對外界環(huán)境進行探測的環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊、儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊和數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊。每一系統(tǒng)模塊除部分功能與中央運算設備相同外擁有自己獨立的硬件與程序算法。各部分連接關系為:環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊輸入端與環(huán)境傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連接，輸出端連接在數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上；儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸入端與儀表數(shù)據(jù)輸出端相連接，儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸出端與數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊相連接，數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上設置有輸出端用以輸出處理后的數(shù)據(jù)。
[0008]其中，儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)通過上下位機硬件接口協(xié)議完成通信方式的識另IJ，再通過軟件協(xié)議識別數(shù)據(jù)類型。硬件協(xié)議定義了總線識別系統(tǒng)的信號接入接口:信號接入口包括串并方式聲明位(Ibit)、串行總線數(shù)據(jù)交換位(Sbit)、并行數(shù)據(jù)(并行方式)或串行總線類型聲明位(串行方式)(9bit)、系統(tǒng)VCC與GND位(2bit)。
[0009]系統(tǒng)工作中先利用VCC位判斷設備是否連接，然后通過串并方式聲明位判斷系統(tǒng)工作方式:若為并行模式，系統(tǒng)通過并行數(shù)據(jù)位讀入數(shù)據(jù)交給軟件協(xié)議；若為串行方式，系統(tǒng)先根據(jù)串行總線類型聲明位確定總線類型，再驅動相應數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)。軟件協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)的長度、對齊方式、數(shù)據(jù)識別號等信息，由數(shù)據(jù)采集儀表與校正卡共同遵守。
[0010]數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)工作需要先對原儀表進行多組校正測量，每組測量的內(nèi)容包括儀表測量結果、環(huán)境參量與作為參考數(shù)據(jù)的精密儀表的測量結果(被認為是真實值)。上述測量結果存儲在系統(tǒng)的存儲設備中。系統(tǒng)不斷測量環(huán)境參數(shù)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)接收到儀表輸送來的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)在存儲的數(shù)據(jù)中選擇儀表測量結果與環(huán)境測量結果最接近的四組數(shù)據(jù)(需要讓測量的環(huán)境數(shù)據(jù)與儀表輸送來的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)向量落在以上四組之間)。設備利用多維空間曲面微元法求解真實值的近似解。最終將求解結果輸出給輸出總線接口或發(fā)送到輸出設備。
[0011 ] 上述設備基于下列理論模型: [0012]在使用的各種測量設備都或多或少的受環(huán)境因素的影響，儀表使用環(huán)境的溫度、濕度、光強、大氣壓力等情況的不同都會使測量結果與原設計環(huán)境(比如室溫)下的測量結果不相符合。在儀表設計過程中一般會加入減小環(huán)境影響的設計，或者規(guī)定可以接受的環(huán)境參數(shù)范圍。不同的儀表設備使用不同的工作元件與計算方法，但是可以看到環(huán)境影響造成的數(shù)據(jù)偏差與環(huán)境變化情況存在以下特點:儀表實際測量結果與理想環(huán)境下的測量結果的偏差受環(huán)境參數(shù)影響是一種連續(xù)的、全定義域(或其中的各部分)單調的映射關系。這樣的映射關系是平穩(wěn)的(有一個或多個平穩(wěn)的映射曲線)。環(huán)境變量的值、不理想測量值到理想測量值之間可以建立一個具有以上關系的映射。基于此點，建立環(huán)境變量、儀表測量值與最精確的測量值的數(shù)學模型，具體如下:
[0013]首先約定在后文中使用以下的符號:環(huán)境變量使用A1, A2, A3...來表示，理想的測量結果，即在儀表理想使用環(huán)境下測出的結果(這是儀表能達到的最高精確水平)使用Z表示，儀表在不理想環(huán)境下使用實際得到的測量結果使用X來表示。
[0014]令環(huán)境變量A1,A2,A3...等組成向量^(4,為,為…)，則按照上文中分析可以得到映射:
[0015]/{α,Χ^-^.Ζ
[0016]在這里，利用多維向量元素來簡化這種關系的表達，這樣多個環(huán)境變量變成了一個多維向量，在下面的內(nèi)容中將以此達標環(huán)境變量。
[0017]由于把上面的關系看成了二元變量向單值的映射，可以利用空間中的曲面來表達這一關系。容易理解的，這一空間曲面繼承了其原型數(shù)學關系的性質:連續(xù)的、有方向傾斜的、(除個別特殊位置)可微的曲面。借助微分的思想將曲面近似為微小平面組成的特殊曲面。在允許的條件下，通過這樣的近似可以使用簡單的運算進行求解，此處使用統(tǒng)計擬合的方法。
[0018]統(tǒng)計要求在被估計(也就是被修正)的點的定義域附近有充分多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)使得有把握的對一個(也可能十幾個)微元平面內(nèi)的點進行估計。這樣的估計類似于統(tǒng)計預測中使用的函數(shù)擬合方法，選用微元尺度，這樣可以利用相對少很多的點簡單的使用空間平面的方法進行處理。
[0019]需要求解的模型應該是這樣的狀態(tài):設存在需要修正的點(?，尤)，并且在其附近
已知有可靠的點(~不)、^ (?3，Ι3)，這些點對應的理想測量值分別是Z1' Z2, Ζ3。
[0020]展開所使用的環(huán)境變量向量,在η+1維空間(包含X變量)中對以上三點所形成的平面進行計算。這里所使用的方法如同一般的向量與向量平面中的運算那樣，依靠向量
垂直與向量-平面垂直關系即可求出結果。最終將(?，毛)帶入平面即可求出修正后的結
果O
[0021]系統(tǒng)使用高穩(wěn)定的環(huán)境探測傳感器獲得環(huán)境向量數(shù)據(jù)，通過串行總線得到被修正儀表的測量數(shù)據(jù)，這樣的話就得到了被修正的點的位置。作為已知參量的參考點數(shù)據(jù)來自實驗室標準校正環(huán)境下的測量結果。參考點數(shù)量可以根據(jù)曲面的起伏程度與對修正精度的要求進行選擇。參考點的數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)的片內(nèi)或片外EEPROM中。
[0022]系統(tǒng)控制器程序主要是實現(xiàn)上述模型的算法，包括點選擇求解器與模型求解器。點選擇求解器根據(jù)待修正數(shù)據(jù)點所在位置選擇合適的平面參考點。選擇的一般原則是:參考點圍城平面包含或盡可能接近待修正點，這樣能接近最設想的微元平面近似。模型求解器需要能利用選擇好的數(shù)據(jù)進行修正求解。最終結果由控制器通過串行總線輸出。
[0023]另外系統(tǒng)所必備的輔助系統(tǒng)是進行參考點數(shù)據(jù)錄入的裝置，一般通過陣列鍵盤、PS2鍵盤、液晶顯示屏、LED顯示器等一般數(shù)據(jù)輸入輸出設備即可實現(xiàn)這一功能。
[0024]該發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過從儀表中剝離出數(shù)據(jù)校正設備，使儀表類設備研發(fā)過程中不必考慮數(shù)據(jù)修正與環(huán)境補償?shù)瓤紤]，降低了研發(fā)難度，可使研發(fā)速度得到提高?？梢詰迷跊]有高級數(shù)據(jù)校正的儀表上，以提高設備的測量精度，擴展設備的應用范圍，同時有利于降低相關領域的設備成本。本發(fā)明裝置使用簡單，普適性好，能夠幫助技術水平有限的設計單位或個人在盡可能簡單的情況下設計出性能更好、使用環(huán)境參量范圍更廣的設備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實施例中各模塊連接框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0027]實施例
[0028]如圖1所示的通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，包括三部分:對外界環(huán)境進行探測的環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊、儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊和數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊。每一系統(tǒng)模塊除部分功能與中央運算設備相同外擁有自己獨立的硬件與程序算法。各部分連接關系為:環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊輸入端與環(huán)境傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連接，輸出端連接在數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上；儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸入端與儀表數(shù)據(jù)輸出端相連接，儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸出端與數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊相連接，數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上設置有輸出端用以輸出處理后的數(shù)據(jù)。
[0029]其中，儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)通過上下位機硬件接口協(xié)議完成通信方式的識另IJ，再通過軟件協(xié)議識別數(shù)據(jù)類型。硬件協(xié)議定義了總線識別系統(tǒng)的信號接入接口:信號接入口包括串并方式聲明位(Ibit)、串行總線數(shù)據(jù)交換位(Sbit)、并行數(shù)據(jù)(并行方式)或串行總線類型聲明位(串行方式)(9bit)、系統(tǒng)VCC與GND位(2bit)。
[0030]該發(fā)明在工作中先利用儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊上的VCC位判斷設備是否連接，然后通過串并方式聲明位判斷系統(tǒng)工作方式:若為并行模式，系統(tǒng)通過并行數(shù)據(jù)位讀入數(shù)據(jù)交給軟件協(xié)議；若為串行方式，系統(tǒng)先根據(jù)串行總線類型聲明位確定總線類型，再驅動相應數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)。軟件協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)的長度、對齊方式、數(shù)據(jù)識別號等信息，由數(shù)據(jù)采集儀表與校正卡共同遵守。
[0031]數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)工作需要先對原儀表進行多組校正測量，每組測量的內(nèi)容包括儀表測量結果、環(huán)境參量與作為參考數(shù)據(jù)的精密儀表的測量結果(被認為是真實值)。上述測量結果存儲在系統(tǒng)的存儲設備中。系統(tǒng)不斷測量環(huán)境參數(shù)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)接收到儀表輸送來的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)在存儲的數(shù)據(jù)中選擇儀表測量結果與環(huán)境測量結果最接近的四組數(shù)據(jù)(需要讓測量的環(huán)境數(shù)據(jù)與儀表輸送來的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)向量落在以上四組之間)。設備利用多維空間曲面微元法求解真實值的近似解。最終將求解結果輸出給輸出總線接口或發(fā)送到輸出設備。
[0032]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，其特征在于:包括三部分:對外界環(huán)境進行探測的環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊、儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊和數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊，各部分連接關系為:環(huán)境傳感器與相關采集系統(tǒng)模塊輸入端與環(huán)境傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連接，輸出端連接在數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上；儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸入端與儀表數(shù)據(jù)輸出端相連接，儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊輸出端與數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊相連接，數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)模塊上設置有輸出端用以輸出處理后的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，其特征在于:所述每一系統(tǒng)模塊除部分功能與系統(tǒng)中的中央運算設備相同外擁有獨立的硬件與程序算法。
3.根據(jù)權利要求1所述的通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，其特征在于:所述儀表數(shù)據(jù)智能識別讀入系統(tǒng)模塊采用上下位機硬件接口協(xié)議完成通信方式的識別，再通過軟件協(xié)議識別數(shù)據(jù)類型，硬件協(xié)議定義了總線識別系統(tǒng)的信號接入接口:信號接入口包括串并方式聲明位(Ibit)、串行總線數(shù)據(jù)交換位(Sbit)、并行數(shù)據(jù)(并行方式)或串行總線類型聲明位(串行方式)(9bit)、系統(tǒng)VCC與GND位(2bit)。
4.根據(jù)權利要求1所述的通用型測量儀表數(shù)據(jù)校正卡，其特征在于:所述系統(tǒng)工作中先利用VCC位判斷設備是否連接，然后通過串并方式聲明位判斷系統(tǒng)工作方式:若為并行模式，系統(tǒng)通過并行數(shù)據(jù)位讀入數(shù)據(jù)交給軟件協(xié)議；若為串行方式，系統(tǒng)先根據(jù)串行總線類型聲明位確定總線類型，再驅動相應數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)；軟件協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)的長度、對齊方式、數(shù)據(jù)識別號等信息，由數(shù)據(jù)采集儀表與校正卡共同遵守；數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)工作需要先對原儀表進行多組校正測量，每組測量的內(nèi)容包括儀表測量結果、環(huán)境參量與作為參考數(shù)據(jù)的精密儀表的測量結果；上述測量結果存儲在系統(tǒng)的存儲設備中；系統(tǒng)不斷測量環(huán)境參數(shù)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)接收到儀表輸送來的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)在存儲的數(shù)據(jù)中選擇儀表測量結果與環(huán)境測量結果最接近的四組數(shù)據(jù)；設備利用多維空間曲面微元法求解真實值的近似解，最終將求解結果輸出給輸出總線接口或發(fā)送到輸出設備。
【文檔編號】G01D3/028GK103674071SQ201310711887
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】張世達, 李文茉, 王武迪, 蘇鴻全, 田月 申請人:吉林大學