[发明专利]一种高精度直流电流霍尔数字传感系统及电流测量方法

权利要求书

1.一种高精度直流电流霍尔数字传感系统，其特征在于，所述霍尔数字传感系统包括零磁通式霍尔传感器电路、单片机、放大电路、模拟信号输出电路及驱动电路；所述单片机包括内置温度传感器、第一D/A接口、第二D/A接口及8路A/D接口；单片机通过内置温度传感器采集系统工作环境温度；所述单片机通过单片机的第一路D/A接口与驱动电路连接，所述驱动电路与零磁通式霍尔传感器的磁芯连接，零磁通式霍尔传感器的霍尔器件通过放大电路与单片机的第一路A/D接口相连接，所述模拟信号输出电路分别通过单片机的第二D/A接口和第二路A/D接口与单片机相连接。

2.如权利要求1所述的高精度直流电流霍尔数字传感系统，其特征在于，所述零磁通式霍尔传感器的霍尔器件将电压信号通过放大电路处理后经第一路A/D接口发送至单片机，单片机通过内置温度传感器采集工作环境温度，单片机通过第一路D/A接口输出可调电压至驱动电路并且驱动电路产生电流输出至零磁通式霍尔传感器的线圈上；单片机产生模拟电压通过第二D/A接口输出至模拟信号输出电路，并且模拟信号输出电路产生反馈电压通过第二路A/D接口输出至单片机。

3.如权利要求1或2所述的高精度直流电流霍尔数字传感系统，其特征在于，所述模拟信号输出电路为模拟电压输出电路或模拟电流输出电路。

4.如权利要求3所述的高精度直流电流霍尔数字传感系统，其特征在于，所述单片机的A/D接口采用12bit采样精度。

5.一种基于权利要求1所述高精度直流电流霍尔数字传感系统的电流测量方法，其特征在于，所述电流测量方法包括以下步骤：

（1）将所述传感系统中单片机进行初始化，包括系统时钟初始化、A/D接口初始化及第一D/A接口和第二D/A接口初始化；其中，A/D接口初始化包括设置参考模拟电压、设置采样时钟源及设置采样方式，D/A接口初始化包括设置参考模拟电压及设置转换位数；还有I2C和UART等数字通信接口的初始化；

（2）通过第一D/A接口产生抑制电流施加于零磁通式霍尔传感器的线圈上将零磁通式霍尔传感器中霍尔器件的零点电压调零；

（3）将零磁通式霍尔传感器所测电流值范围从空载到最大测量值平均分割为至少13个测试点，每个测试点记录至少21个温度值和至少21个电压值及其温度值和电压值相对应的电流值，并根据数据进行非线性理合，从而得到二元函数各阶系数，将该二元函数的各阶系数存储于单片机的存储器中；

（4）通过A/D接口采集到零磁通式霍尔传感器中霍尔器件的电压值和温度值，得到测量电压值的粗测值U1和环境温度值C；

（5）根据步骤（4）中的电压粗测值U1，计算调整第一D/A接口的输出电压，使得磁芯上逆向磁场得以加强，使得霍尔器件的输出电压Uo调整为：Uo=△测+n×△（n为整数且0≤n≤2），其中△是A/D的量化误差，△测是第一次粗量时截断误差，即△测<△；调整放大电路的放大倍数为第二放大倍数，使第二放大倍数为第一放大倍数的至少50倍，通过第一路A/D接口测得霍尔器件的第二电压值U2，则U2=第二放大倍数×(△测+n×△),其中，n为整数且0≤n≤2；则△测=(U2/第二放大倍数) Mod △，则测量电压精测值U精=U1+△测，将测量电压精测值U精和温度值C代入步骤（3）中的二元函数得到测量电流精测值I精；

（6）根据步骤（5）中的电流精测值I精和第二路A/D接口获得的当前0~4模拟信号输出电路的输出电压Uo，通过数字PID算法调整第二路A/D接口的输出电压，使得输出电压稳定在4×(I精/60)上（若使用4~20mA模拟电流输出电路亦如上法进行调整）；

另外将I精装入I2C和UART等数字端口的发送寄存器中，发送到上位机上。