[发明专利]基于机器学习的多量程电流测量校准系统

说明书

本发明涉及一种基于机器学习的多量程电流测量校准系统，包括基于多量程的电流测量终端、负载模拟终端和上位机，电流测量终端的三量程电流测量电路与负载模拟终端连接，为负载模拟终端供电并通过小、中、大三个量程的电路同时采集其产生的模拟电流信号，处理后发送给上位机；负载模拟终端用于产生不同大小的模拟电流信号；上位机的协调模块向负载模拟终端发送不同的电流实际值，负载模拟终端产生对应的模拟电流信号；收发模块接收电流测量终端发送来的各量程电流信号，处理后存入数据库，样本生成模块根据电流实际值及其对应的三个量程电流数据，构成初始校准数据集，输入机器学习模块构建并训练得到校准模型。该系统有利于提高测量精确度。

技术领域

本发明涉及嵌入式设备电流测量技术领域，具体涉及一种基于机器学习的多量程电流测量校准系统。

背景技术

随着物联网技术的不断发展，嵌入式系统已得到大量而广泛的部署。对于电池供电的嵌入式系统而言，能耗已成为开发、运行和维护时重点考虑的质量属性。另据文献报道，嵌入式系统80％的能耗与软件运行活动密切相关。因而设计实现嵌入式系统软件运行时能耗测量系统，对于分析、评估和优化嵌入式系统的能效具有重要的意义和价值。

嵌入式系统软件运行时能耗E可由式(1)计算。

P_j＝U_j×I_j (1)

在式(1)中，T₀和T_n为软件运行的开始时刻和结束时刻，而T_j和T_j+1分别表示软件运行中第j时刻和(j+1)时刻功率测量的采样点；P_j和P_j+1分别为第j和(j+1)个采样点测得的瞬时功率。通过累加相邻两个采样时刻点及其对应瞬时功率所形成的梯形的面积，可近似计算嵌入式系统软件运行时能耗，如图1所示。瞬时功率P_j可借助第j个采样点的电压U_j和电流I_j计算。U_j可直接进行测量，而I_j只能通过间接测量。取决于嵌入式系统的工作状态(如待机、数据采集和通讯等)，软件运行时电流I_j可在几十微安到近千毫安范围内变化，并且变化的频率可高达M Hz级。因而，嵌入式系统软件运行时工作电流具有变化范围大和变化频率高的特点。

目前已有基于电感、基于库仑计和基于电阻等动态电流测量方法。基于电感的方法存在抗电磁噪声能力差的问题，而基于库仑计的方法难以实时捕获高频的电流变化。仅基于电阻的方法较适用于测量嵌入式系统软件运行时电流，其工作原理如图2所示。在图2中，采样电阻R与被测系统、供电电源串联起来；被测系统工作电流在R上产生的电压经放大器放大后，交由A/D转换器作数字化处理。