Kalibracja wejść napięciowych MPCC

Narzędzie wyznacza współczynniki korekcji c0 i c1 siedmiu wejść napięciowych (AFE) węzła MPCC na podstawie pomiarów wzorcowych, zapisuje je do węzła i potwierdza wynik sprawdzeniem wielopunktowym. Otwierane jest z menu Narzędzia → Kalibracja wejść napięciowych MPCC… okna głównego.

Kalibracja jest czynnością okazjonalną i wymaga stanowiska pomiarowego, dlatego narzędzie jest osobnym, wyłączalnym projektem, a nie zakładką modułu (ADR 0001).

Stanowisko

Element	Rola
Agilent 34970A z kartą 34907A	zadajnik: wyjście DAC (±12 V, rozdzielczość 1 mV)
HP 34401A	wzorzec: pomiar napięcia w punkcie połączeniowym
Adapter USB–GPIB	dostęp do obu przyrządów przez VISA
NI-VISA albo Keysight IO Libraries	biblioteka visa64.dll
Adapter CAN (slcan)	połączenie z węzłem, jak przy zwykłej pracy

flowchart LR
    DAC["34970A / 34907A<br/>DAC1 (s04)"] -->|HI| J(("punkt<br/>połączeniowy"))
    J --> AFE["MPCC<br/>CH0 … CH6"]
    J -->|HI| DMM["34401A<br/>DCV"]
    DAC -. LO .-> G(("GND MPCC"))
    DMM -. LO .-> G
    PC["CanSensorHub"] -->|VISA / GPIB| DAC & DMM
    PC <-->|CAN| AFE

Wymagania dotyczące połączeń:

• Multimetr mierzy w punkcie połączeniowym, bezpośrednio przy zaciskach węzła. Spadek napięcia na przewodzie od zadajnika nie wchodzi wtedy do wyniku, bo wzorcem jest napięcie faktycznie obecne na wejściach.
• Zaciski LO obu przyrządów są dołączone do masy węzła w jednym punkcie. Oddzielne ścieżki powrotne tworzą pętlę masy, której spadek napięcia dodaje się do mierzonego.
• Wszystkie kalibrowane wejścia są połączone równolegle. Jeden przebieg kalibruje wszystkie wybrane kanały. Górna granica zakresu nie może przekraczać zakresu najmniejszego z dołączonych wejść.

Kanały 0–3 a pełna skala ADC

Dzielnik 25k/15k przy 5 V na wejściu daje na pinie ~3,0 V, czyli pełną skalę ADC (VDDA ≈ 3,0 V, referencja LM4040). Tolerancja dzielnika może wprowadzić przetwornik w nasycenie przed osiągnięciem 5 V. Domyślna górna granica zakresu wynosi 4,8 V. Punkty w nasyceniu są wykrywane i pomijane.

Kanały 4–6 przy zakresie 5 V

Kanały o zakresie ~30 V, kalibrowane napięciem do 5 V, są skorygowane w dolnej jednej szóstej zakresu. Korekcja wzmocnienia ekstrapoluje się na cały zakres, ale jej niepewność powyżej 5 V nie jest potwierdzona sprawdzeniem.

Model korekcji w węźle

Firmware MPCC przelicza napięcie na pinie ADC na napięcie wejściowe według modelu

V = k · (c1 · V_pin + c0),    k = 1 + tc · (T − Tref)

z parametrami kanału CAL_ADCn_C0, CAL_ADCn_C1, CAL_ADCn_TC, wspólnym CAL_ADC_TREF i temperaturą płytki T z czujnika STS31.

Węzeł udostępnia wyłącznie wynik przeliczenia (READ_ADC, 1 mV). Narzędzie dopasowuje prostą V_ref = a · V + b do odczytów wykonanych przy bieżących współczynnikach i wylicza nowe przez złożenie:

c1' = a · c1
c0' = a · c0 + b / k
tc' = tc

Uzasadnienie i odrzucone warianty: ADR 0004. Wynik nie zależy od stanu wyjściowego współczynników. Ponowna kalibracja węzła już skalibrowanego daje a ≈ 1 i b ≈ 0.

Przebieg

1. Połączenie i urządzenie. W oknie głównym nawiązać połączenie z magistralą i dodać urządzenie MPCC. Narzędzie korzysta z tego samego połączenia.
2. Przyrządy. Wyszukaj przyrządy — narzędzie wyszukuje adresy GPIB, USB i LAN, wysyła do każdego *IDN? i podpowiada przypisanie 34401A oraz 34970A. Porty szeregowe są pomijane, chyba że operator zaznaczy je jawnie. Zapytanie identyfikacyjne na porcie innego urządzenia, w tym adaptera CAN, zakłóca jego pracę. Przed pomiarem narzędzie sprawdza, czy we wskazanym gnieździe jest karta 34907A.
3. Węzeł. Odczytaj — identyfikacja węzła (UID, wersja firmware), bieżące współczynniki, MEASURE_PERIOD, Tref i stan blokady CAL_LOCK.
4. Kalibracja. Dla każdego punktu: nastawa DAC, ustalenie, równoległa seria odczytów multimetru i rundy READ_ADC wszystkich wybranych kanałów, kontrola rozrzutu wzorca (z powtórzeniem punktu), temperatura płytki. Próbki węzła odstające od mediany serii (próg: 6 σ z MAD, nie mniej niż 10 mV) są odrzucane i zgłaszane w dzienniku — typowo jest to odczyt sprzed zmiany nastawy, gdy ustalanie było zbyt krótkie. Po ostatnim punkcie DAC wraca do 0 V — również po przerwaniu i po błędzie.
5. Zestawienie. Tabela pokazuje dla każdego kanału a, b, residua dopasowania oraz współczynniki bieżące i nowe. Kanał jest odrzucany z opisem przyczyny, gdy:
   • residuum dopasowania przekracza tolerancję sprawdzenia — tor nie jest liniowy w zakresie kalibracji, a korekcja liniowa tego nie usunie;
   • korekcja jest nierealna (domyślnie powyżej 5 % wzmocnienia albo 100 mV przesunięcia), co wskazuje zwykle błąd połączeń.
6. Zapis. Po zaznaczeniu pola zatwierdzenia — Zapisz do węzła i sprawdź.
7. Sprawdzenie. Automatycznie po zapisie, w punktach leżących między punktami kalibracji. Wynik PASS/FAIL na kanał względem tolerancji. Sprawdzenie można też uruchomić samodzielnie (Tylko sprawdzenie) jako weryfikację okresową, bez zmiany współczynników.

Zapis do węzła

Kolejność kroków (ADR 0005):

1. CAL_LOCK = 0 (tylko RAM).
2. c1 i c0 każdego przyjętego kanału; każdy zapis musi zwrócić OK.
3. Odczyt zwrotny i porównanie z wartościami wysłanymi (na poziomie float).
4. CAL_LOCK = 1.
5. SAVE_CONFIG — nowe współczynniki i blokada trafiają do pamięci nieulotnej jednocześnie.
6. Kontrola CAL_LOCK = 1.

Niepowodzenie przed SAVE_CONFIG przywraca poprzednie współczynniki i blokadę, bez zapisu do pamięci nieulotnej. Stan pamięci nieulotnej węzła pozostaje wtedy niezmieniony.

SAVE_CONFIG utrwala całą konfigurację

Zmiany innych parametrów węzła wykonane wcześniej w RAM i niezapisane zostaną utrwalone razem z kalibracją.

Przywrócenie wartości domyślnych

Przywróć domyślne przygotowuje zapis wartości domyślnych z rejestru parametrów węzła (c0 = 0, c1 nominalne dzielnika — 1,6667 dla kanałów 0–3, 10,0 dla kanałów 4–6 — oraz tc = 0) dla kanałów wybranych w ustawieniach. Kanały, które już mają wartości domyślne, są pomijane. Zapis wymaga zatwierdzenia i przebiega tą samą sekwencją co zapis kalibracji, lecz nie wymaga przyrządów. Pozostała konfiguracja węzła nie jest zmieniana — w odróżnieniu od komendy LOAD_DEFAULTS, która przywraca wartości domyślne wszystkich parametrów, w tym adresu węzła.

Ustawienia

Ustawienie	Domyślnie	Znaczenie
Zakres	0,1 … 4,8 V	napięcia zadawane, 0 … 12 V (DAC); punkt 0 V jest dozwolony — ujemny offset DAC (rzędu 1 mV) ADC odczytuje jako 0, co ogranicza błąd tego punktu do wartości offsetu
Kalibracja	wielopunktowa, 5 pkt	dwupunktowa: krańce zakresu, prosta dokładna; wielopunktowa: najmniejsze kwadraty, residua ujawniają nieliniowość
Punkty sprawdzenia	6	leżą w połowie między punktami siatki
Wzorzec — próbki	10	seria jednym wyzwoleniem (SAMP:COUN), maks. 512
NPLC	10	od 10 wzwyż tłumienie przydźwięku sieci
Autozero	wł.	kompensacja dryfu offsetu, dwukrotnie dłuższy odczyt
Węzeł — rundy odczytu	10	rundy READ_ADC na punkt
Odstęp rund	0 = MEASURE_PERIOD	krótszy odstęp odczytuje wielokrotnie tę samą próbkę
Ustalanie	0 = 2 × MEASURE_PERIOD + 500 ms	czas po zmianie nastawy; nigdy krócej niż 2 × MEASURE_PERIOD
Maks. σ wzorca	0,5 mV	powyżej — powtórzenie punktu
Maks. prób punktu	3	po wyczerpaniu punkt jest przyjmowany z ostrzeżeniem
Tolerancja sprawdzenia	5 mV	kryterium PASS; także największe dopuszczalne residuum dopasowania
Maks. korekcja wzmocnienia	0,05	|a − 1|; powyżej — kanał odrzucony
Maks. korekcja przesunięcia	100 mV	|b|; powyżej — kanał odrzucony

Multimetr pracuje na stałym zakresie, dobranym do górnej granicy: najmniejszy zakres, który mieści ją ze 120 % przekroczeniem zakresu przyrządu (do 11,9 V — zakres 10 V, powyżej — 100 V), z impedancją wejściową powyżej 10 GΩ (INP:IMP:AUTO ON). Odczyt przekroczenia zakresu („OVLD”, wartość 9,9E+37) przerywa pomiar. Przerywa go też wzorzec odbiegający od nastawy o więcej niż 5 % + 0,1 V — oznacza to błąd połączeń stanowiska, nie błąd węzła.

Rozdzielczość READ_ADC wynosi 1 mV. Rozdzielczość poniżej 1 mV wynika z uśredniania rund, w których szum toru ADC działa jak dither. Wydłużenie serii zmniejsza niepewność średniej proporcjonalnie do 1/√n.

Ustawienia są zapisywane w %AppData%\CanSensorHub\tools\mpcc-afe-cal.json. Przycisk Ustawienia domyślne przywraca wartości z tabeli powyżej; wybrane przyrządy (adresy, gniazdo i wyjście DAC) pozostają bez zmian.

Raport

Każda operacja zapisuje raport CSV w %AppData%\CanSensorHub\calibration\, o nazwie MPCC-AFE_<UID>_<data>-<czas>.csv. Kolejne operacje jednej sesji (kalibracja, zapis i sprawdzenie) uzupełniają ten sam plik.

Sekcja	Zawartość
[Sesja]	wersja narzędzia, tryb, węzeł (NODE, UID, firmware), przyrządy (*IDN?), Tref, MEASURE_PERIOD
[Ustawienia]	parametry przebiegu
[Wspolczynniki przed]	stan węzła przed operacją
[Punkty kalibracji]	nastawa, średnia i σ wzorca, temperatura, średnia, σ i liczność serii każdego kanału
[Dopasowanie]	a, b, R², residuum maksymalne, k, współczynniki przed i po, decyzja
[Zapis do wezla]	wynik i dziennik kroków
[Punkty sprawdzenia], [Sprawdzenie]	dane surowe i wynik PASS/FAIL na kanał

Raport zawiera dane surowe, co pozwala przeliczyć kalibrację innym modelem bez powtarzania pomiarów.

Obok raportu CSV powstaje raport HTML o tej samej nazwie — dokument do odczytu i druku: wynik PASS/FAIL, tabela współczynników i sprawdzenia, wykres błędu przed kalibracją i w sprawdzeniu, kontekst (węzeł, przyrządy, ustawienia), dziennik zapisu do węzła i tabele punktów. Otwórz raport pokazuje go w domyślnej przeglądarce, a Zapisz PDF tworzy z niego plik PDF przeglądarką Google Chrome (albo Microsoft Edge) uruchomioną bez okna (ADR 0006).

Tryb symulatora

W trybie symulatora zadajnik i multimetr są symulowane i dołączone do wejścia analogowego magistrali symulowanej. Symulowany węzeł MPCC ma dzielniki z błędami rzędu 0,5 % i przesunięciami rzędu miliwoltów, szum toru ADC oraz egzekwuje blokadę CAL_LOCK jak firmware. Przebieg, zapis i raport są identyczne jak na stanowisku.

Budowanie bez narzędzia

Narzędzie jest dołączane domyślnie. Build bez narzędzi serwisowych:

./build_release.ps1 -NoTools
dotnet publish src/CanSensorHub.App/CanSensorHub.App.csproj -c Release -p:WithTools=false

Aplikacja zbudowana w ten sposób nie pokazuje przycisku „Narzędzia”.