【新手向】地文星CW32电压电流表——有关标定误差、标定点设置的研究

本项目参加了由CW32生态社区与立创开发板组织的电压电流表训练营活动转发已征得原作者大道至简同意。本项目所有资料已经开源适合新手小白复刻学习。https://oshwhub.com/zk272761180/learning-gewenxing-cw32f030c8t6-产品展示视频https://www.bilibili.com/video/BV1T8W4erEXn/#reply112995304803317读前说明2024.11.24 更新说明本项目已于9月10日优化完成最终软件版本为V3.0后续将不再更新。五、有关标定误差、标定点设置的研究20240910更新问题由来当使用精度较差电阻搭建测量电路或是焊接、软件等问题会导致ADC采样值和实际值电压电流值的映射非线性关系因此即便使用3点法标定也无法保证全量程精度。这也是为什么电压采样调整为3V、8V和15V标定的原因。下面进行了各路测量电路的取样测试测试工况一使用30V电路测量时精度偏差ADC-电压的映射曲线呈线性相关性强使用线性标定算法合理K值偏差度多数在1%以内当使用线性标定算法时不同电压值对应K斜率有所变化尤其当电压较小时偏差率高。解决方案采用分段标定方法电压在3V以内时K值偏差较大。将原5V标定范围调整为3V和8V两个标定点可保证3V-8V区间本人开发时常使用3v3-5v的工况精度。当然该方法弊端为3V以内电压偏差较大可通过方案2解决。针对小电压偏差大的情况对K值变化情况进行线性拟合。上图简要进行了线性拟合和对数拟合对数拟合相关性更好可以在电压计算时将常量K调整为对数函数以提高精度。【2024.9.10 更新】程序增加了K值拟合曲线。通过试验点拟合的曲线当ADC读取到数值时依据拟合公式计算出电压值效果较好但曲线与硬件有关且具有唯一性不同设备需要通过实验进行拟合修改参数。程序增加了计算模式切换默认使用拟合曲线计算。测试工况二使用3V电路测量时精度偏差ADC-电压的映射曲线呈线性相关性强使用线性标定算法合理K值偏差度基本都在1%以内当使用线性标定算法时不同电压值对应K斜率有所变化尤其当电压较小约0.5V以内时偏差率高。解决方案研究发现当电压在0.2V之后尤其在0.5V以后K值偏差小于5%甚至0.1%故可认定K值恒定。通过实验将K值定为0.00073测量结果较好因此标定时不再进行3V电路标定。这种方法仅针对该测量对象读者若有其他应用可增加3V电路的标定值或将我代码中的该值进行调整。针对小电压偏差大的情况也可对K值变化情况进行线性拟合。上图简要进行了线性拟合和对数拟合对数拟合相关性更好可以在电压计算时将常量K调整为对数函数以提高精度。测试工况三使用3A电路测量时精度偏差ADC-电压的映射曲线呈线性相关性强使用线性标定算法合理但K值偏差度相对较大当使用线性标定算法时不同电压值对应K斜率有所变化大致呈现三段状态一段在0.2A也就是20mV之前线性下降趋势大二段在0.3A-0.9A左右线性下降趋势小三段在0.9A以后线性稳定。解决方案本人常用开发环境在0.2A-1.5A之间可以按照原教程~~将0.5A标定值默认为第二段K均值将1.5A标定值默认为第三段K均值。该方法需要进行进一步精度验证。~~精度优化方向可进行分段K值拟合和全曲线K值拟合。【2024.9.10更新】按照0.5A、1A、2A的K值比较发现基本可覆盖量程范围误差在1%以内因此将电流标定调整为这三点。进行分段K值拟合时可以分别对一至三段进行线性拟合该拟合效果理论上来说可以达到很好的精度。进行全曲线K值拟合。此时再进行线性拟合的拟合度已经很差了可以考虑使用对数拟合等其他方法。【2024.9.10 更新】程序增加了K值拟合曲线。通过试验点拟合的曲线当ADC读取到数值时依据拟合公式计算出电流值相对于多点拟合计算简单省去标定繁琐操作。但是曲线与硬件有关且具有唯一性不同设备需要通过实验进行拟合修改参数再进行烧录。程序增加了计算模式切换默认使用拟合曲线计算。总结本章节之所以新增有关标定误差、标定点设置的研究内容目的在于修正开发板和软件系统之外的篇差。在测量仪器开发时不仅要考虑理论精度误差还要进行硬件和电路精度测量。通过软件进行指标修正可以更好解决硬件电路误差问题开发的设备也能有更好的精度和稳定性。六、结语本工程耗时1个月完成借助立创平台和本项目经历我学会了PCB设计、元器件焊接、3D外壳和面板设计、CW32地文星开发板学习、工程软件设计同时了解了电压电流表的工作原理以及提升了调试能力。文档有描述错误和理解不到位之处敬请指正谢谢。