CN103105183A - 数据采集系统及数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据采集系统及数据采集方法，其中数据采集系统包括：滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片。本发明实施例通过有效去除干扰脉冲对计数的影响，确保数据采集系统的测量精度。

Description

数据采集系统及数据采集方法

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及一种数据采集系统及数据采集方法。

背景技术

光栅是一种光电位置编码器，具有使用灵活、测量精度高、使用寿命长等优点，在精密定位、角度、速度、加速度等测量领域得到了广泛运用。由于工业现场存在各种不确定性因素，光栅数据输出容易受到干扰，其中最显著的是运动过程中的机械振动和现场环境中的电磁干扰，这两者均会使输出脉冲产生毛刺，导致脉冲计数错误，从而严重影响测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据采集系统及数据采集方法，通过有效去除干扰脉冲对计数的影响，确保数据采集系统的测量精度。

本发明实施例提供一种数据采集系统，其中，该数据采集系统包括：

滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；

计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；

数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片。

本发明实施例还提供一种数据采集方法，其中，该数据采集方法包括：

根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；

根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；

在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片。

本发明提供的数据采集系统及数据采集方法，滤波模块根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集系统的计数精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明数据采集系统一个实施例的结构示意图；

图2为本发明数据采集系统又一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例中的两相脉冲信号的示意图；

图4为图2所示实施例中计数模块的状态转换示意图；

图5为本发明数据采集方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明数据采集系统一个实施例的结构示意图；如图1所示，本发明实施例中的数据采集系统100具体包括：滤波模块11、计数模块12、数据通信模块13；其中，滤波模块11与计数模块12相连接，计数模块12与数据通信模块13相连接。

滤波模块11根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于该第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除；计数模块12根据滤波后的两相脉冲信号判断光栅的运动方向，依据该运动方向对两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；在时钟信号的触发下，数据通信模块13计数结果传输到数据采集系统外部的数据处理芯片。

本发明实施例提供的数据采集系统，滤波模块11根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块12根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据所述运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集系统的计数精度。

图2为本发明数据采集系统又一个实施例的结构示意图；如图2所示，本发明实施例中的数据采集系统200包括：滤波模块21、计数模块22、数据通信模块23、时钟管理模块24、同步逻辑控制模块25；其中，滤波模块11与计数模块12相连接，计数模块12与数据通信模块13相连接；时钟管理模块24与滤波模块21、计数模块22、数据通信模块23、同步逻辑控制模块25均连接，从而使得滤波模块21、计数模块22、数据通信模块23、同步逻辑控制模块25在同一时钟信号下工作。

滤波模块21根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于该第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除；计数模块22根据滤波后的两相脉冲信号判断光栅的运动方向，依据该运动方向对两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；在时钟信号的触发下，数据通信模块23计数结果传输到数据采集系统外部的数据处理芯片；时钟管理模块24产生控制滤波模块21、计数模块22、数据通信模块23、同步逻辑控制模块25的时钟信号；同步逻辑控制模块25在时钟信号的控制下产生与数据采集系统200外部的数据处理芯片20相同步的时钟信号。

进一步地，滤波模块21还可以包括：第一获取模块211、第二获取模块212、滤波单元213；其中，第一获取模块211获取光栅的最高运动速度；第二获取模块212在最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；滤波单元213确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。

进一步地，计数模块22还可以包括：状态识别单元221、状态计数单元222、计数状态切换单元223；其中，状态识别单元221根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；状态计数单元222根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数；若所述光栅的运动方向发生变化，则计数状态切换单元223通知状态计数单元222将计数状态在正向状态和反向状态中切换。

进一步地，数据通信模块23还可以包括：第一通信单元231和第二通信单元232，第一通信单元231与第二通信单元232由同一个时钟信号来控制数据的传输；其中，第一通信单元231用于将数据采集系统200的数据传输至数据采集系统200外部的数据处理芯片20；第二通信单元232用于将来自数据采集系统200外部的数据处理芯片20的数据传输至数据采集系统200。

此外，在所述时钟信号的上升沿的触发下，数据采集系统200的内部逻辑模块（图2中未示）和数据处理芯片20分别向第一通信单元231、第二通信单元232同时写入数据；在所述时钟信号的下降沿的触发下，数据采集系统200内部的读写逻辑模块（图2中未示）和数据处理芯片20分别读取第一通信单元231、第二通信单元232中的数据。

本发明实施例提供的数据采集系统，滤波模块21根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块22根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据所述运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集系统200的计数精度。

为了更清楚地理解本发明实施例所述的技术方案，下面通过图3和图4对图2所示实施例进行详细描述。图3为图2所示实施例中的两相脉冲信号的示意图，图4为图2所示实施例中计数模块的状态转换示意图。

如图3所示，根据增量式光电编码器的工作原理，光栅输出的是A和B两路相差90°的脉冲信号。当光栅处于正向状态时，A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°；当光栅处于反向状态时，B相脉冲信号超前A相脉信号90°。

如图4所示，光栅输出的两相脉冲信号A、B的正负用1、0表示，则共有A1B1、A1B0、A0B1、A0B0四个状态组合。当光栅的输出变化为A0B0→A1B0→A1B1→A0B1→A0B0时，表示光栅处于正向状态，计数模块22加1；当输出变化方式为A0B1→A1B1→A1B0→A0B0→A0B1时，表示光栅处于反向状态，计数模块22减1。在任何一个时刻，光栅的运动方向都会发生变化，而计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中切换，从而完成了判断光栅的运动方向。

每次光栅的输出A、B发生变化后计数模块22都会+1或者-1，对于单一脉冲信号A或B，在其变化一个周期后，计数模块22共计数了4次，由此完成了四倍频操作，从而有效地提高了数据采集系统的计数精度。

图5为本发明数据采集方法一个实施例的流程示意图，本发明实施例可以由图1和图2所示实施例中的数据采集系统执行；如图5所示，本发明实施例包括如下步骤：

步骤501、根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；

步骤502、根据滤波后的两相脉冲信号判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；

步骤503、在时钟信号的触发下，将计数结果传输到数据采集系统外部的数据处理芯片。

本发明实施例提供的数据采集方法，根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，而本发明实施例根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，从而有效地提高了数据采集系统的计数精度。

进一步地，在上述图5所示实施例的基础上，步骤501还可以包括：

获取所述光栅的最高运动速度；

在所述最高运动速度下获取所述圆光输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；

确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。

进一步地，在上述图5所示实施例的基础上，步骤502还可以包括：

根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；

根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。

进一步地，在上述图5所示实施例的基础上，步骤503还可以包括：

通过所述数据采集系统的第一通信单元将所述数据采集系统的数据传输至所述数据采集系统外部的数据处理芯片；

通过所述数据采集系统的第二通信单元将来自所述数据采集系统外部的数据处理芯片的数据传输至所述数据采集系统。

综上，本发明实施例提供了一种数据采集系统及数据采集方法，本发明实施例的数据采集系统及方法，完成了对光栅输出信号的滤波、计数及数据传输，有效地提高了数据采集系统的计数精度。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统包括：

滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；

计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；

数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片。

2.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述滤波模块包括：

第一获取模块，用于获取所述光栅的最高运动速度；

第二获取模块，用于在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；

滤波单元，用于确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。

3.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述计数模块包括：

状态识别单元，用于根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；

状态计数单元，用于根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。

4.根据权利要求3所述的数据采集系统，其特征在于，所述计数模块还包括：

计数状态切换单元，用于若所述光栅的运动方向发生变化，则通知所述状态计数单元将计数状态在正向状态和反向状态中切换。

5.根据权利要求1～4任一所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据通信模块包括：第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元与所述第二通信单元由同一个时钟信号来控制数据的传输；其中，所述第一通信单元用于将所述数据采集系统的数据传输至所述数据采集系统外部的数据处理芯片；所述第二通信单元用于将来自所述数据采集系统外部的数据处理芯片的数据传输至所述数据采集系统；

其中，在所述时钟信号的上升沿的触发下，所述数据采集系统的内部逻辑模块和所述数据处理芯片分别向所述第一通信单元、所述第二通信单元同时写入数据；在所述时钟信号的下降沿的触发下，所述数据采集系统内部的读写逻辑模块和所述数据处理芯片分别读取所述第一通信单元、所述第二通信单元中的数据。

6.根据权利要求5所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统还包括：时钟管理模块和同步逻辑控制模块；

所述时钟管理模块用于产生控制所述滤波模块、所述计数模块、所述数据通信模块、所述同步逻辑控制模块的所述时钟信号，使得所述滤波模块、所述计数模块、所述数据通信模块、所述同步逻辑控制模块在同一时钟信号下工作；

所述同步逻辑控制模块用于在所述时钟信号的控制下产生与所述数据采集系统外部的数据处理芯片相同步的时钟信号。

7.一种数据采集方法，其特征在于，所述数据采集方法包括：

根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；

根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；

在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片。

8.根据权利要求7所述的数据采集方法，其特征在于，所述根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除的步骤包括：

获取所述光栅的最高运动速度；

在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号在单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；

确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。

9.根据权利要求7或8所述的数据采集方法，其特征在于，所述根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数的步骤包括：

根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；

根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。

10.根据权利要求7～9任一所述的数据采集方法，其特征在于，所述将所述计数结果传输到所述数据采集系统外部的数据处理芯片的步骤包括：

通过所述数据采集系统的第一通信单元将所述数据采集系统的数据传输至所述数据采集系统外部的数据处理芯片；

通过所述数据采集系统的第二通信单元将来自所述数据采集系统外部的数据处理芯片的数据传输至所述数据采集系统。

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