高速精密定位采集觸發卡電路及采集方法技術

本發明專利技術公開了高速精密定位采集觸發卡電路及采集方法，包括鑒相電路、第一單片機電路、第二單片機電路；正轉、反轉及合成零點信號輸入第一單片機電路的三個中斷口，正轉信號接入第一單片機電路的INT0口、反轉信號接入第一單片機電路的INT1口、合成零點信號接入第一單片機電路的INT2口；第一單片機電路通過零點脈沖展寬電路與第二單片機電路連接；第一單片機電路和第二單片機電路通過RS485接口與上位機連接通信；第二單片機電路連接外接PCI模擬量采集板卡，利用數字邏輯電路濾除旋轉編碼器干擾信號后送入單片機接口進行位置采集，根據上位機的觸發命令自動完成對模擬量采集板卡的觸發啟停控制及原點數據調校，可以得到極高精度的“模擬量-位置”數據組。

【技術實現步驟摘要】
高速精密定位采集觸發卡電路及采集方法
本專利技術涉及高速精密定位采集觸發卡電路及采集方法。
技術介紹
現有PCI及各類模擬量采集板卡受操作系統實時性的影響只能在全程狀態下精確采集全程模擬量數據，這種采集方式導致無法將模擬量數據采集和位置數據采集精確對應。例如圓周運動的數據采集，要求精確測定每個角度所對應的模擬量數據。采用傳統方式采集時，一般有兩種觸發方式。第一種由出現的原點信號作為軟件啟動觸發信號，由軟件觸發數據采集板卡進行數據采集，再次出現的原點信號作為停止觸發信號，由軟件停止數據采集并保存相應數據。第二種由出現的原點信號作為板卡硬件的使能信號，由硬件觸發數據采集，再次出現的原點信號作為停止觸發信號，由硬件停止數據采集并通知軟件進行相應數據保存。第一種采集方式的缺陷在于軟件觸發的時延，即由于分時操作系統(如windows)的實時性不高，導致高速數據采集時無法實時觸發和停止，所采集的數據存在很大的誤差，且誤差大小由于操作系統的時延不可控而不可控。圓周運動速度越大，數據實時性越差誤差也越大。第二種采集方式的缺陷在于硬件觸發的誤差不可消除，誤差的大小與原點信號開關的安裝位置有關，因為存在安裝誤差導致無法精確的調校數據。而且這種采集方式需要外部輔助電路生成觸發和停止信號，因為絕大多數的采集卡只有使能端，而原點的信號則多數是脈沖形式，需要轉換為電平形式控制使能端。因此以上兩種傳統觸發采集方式不能在高速運動狀態下實現精確定點定量實時模擬量的數據采集。
技術實現思路
針對上述技術缺陷，本專利技術提出高速精密定位采集觸發卡電路。為了解決上述技術問題，本專利技術的技術方案如下：高速精密定位采集觸發卡電路，包括鑒相電路、第一單片機電路、第二單片機電路；正轉、反轉及合成零點信號輸入第一單片機電路的三個中斷口，所述正轉信號接入第一單片機電路的INT0口、所述反轉信號接入第一單片機電路的INT1口、合成零點信號接入第一單片機電路的INT2口；所述第一單片機電路通過零點脈沖展寬電路與第二單片機電路連接；第一單片機電路和第二單片機電路通過RS485接口與上位機連接通信；所述第二單片機電路連接外接PCI模擬量采集板卡。進一步的，所述鑒相電路由兩個RS觸發器構成互鎖輸出電路。進一步的，所述正轉、反轉及合成零點信號為消抖處理模塊處理后的編碼器信號。進一步的，所述消抖處理模塊為編碼器數字濾波電路，所述編碼器數字濾波電路包括令牌式數字濾波電路。高速精密定位采集觸發卡電路的采集方法，其特征在于，包括如下步驟：第一單片機電路：51)第一單片機電路等待自檢命令，主軸以w速度轉兩圈，第一單片機電路記錄測量滑塊位置的編碼器的兩個極限位置時的脈沖數值，即MAX、MIN，傳至上位機端算出偏差ER和觸發值，回傳觸發值及主軸運動方向標志；52)每個INT0或INT1信號觸發中斷，進行加減計數；并比較與觸發值是否相等，如果相等則比較運動方向PB0或PB1與方向標志，如果相等，則觸發一次零點信號脈沖；53)第一單片機電路每次過零點都清零一次重新計數，當電機停止時，當前位置ADDR被保留；第二單片機電路：54)第二單片機電路等待預置命令，預置內容為單片機內部的硬件計數器起始計數值即理論零點偏移量；55)當得到啟動命令時，第二單片機電路為計數器T/C1填入計數值并等待第一單片機電路的零點信號；56)零點信號到達時觸發INT0中斷，啟用T/C1對測量圓周運動的編碼器的脈沖信號計數；57)T/C1計數到達時即計數值溢出產生中斷并輸出時鐘脈沖供采集板卡使用，T/C1內覆填入數值Plus，所述Plus為固定值，與測量圓周運動的編碼器分辨率有關，即數值等于主軸一周運動所產生的脈沖數；58)T/C1計數再次到達時即Plus溢出產生中斷，禁止輸出時鐘脈沖信號，相關位清零；所述偏差ER與觸發值的關系為：零點誤差OR＝MAX-脈沖跨度/2；所述脈沖跨度為脈沖正負數量跨＝MAX-MIN；MAX＞0，MIN＜0；當ER＜0時，測量零點即實際安裝零點偏左；當ER＞0時，測量零點即實際安裝零點偏右；當ER＜0時，即為測量零點相對理論零點偏左：時鐘觸發時，如果在理論零點即偏移量為EX＝0時觸發，則根據運動方向做判斷：a.當運動方向為正時，觸發值為Plus+ER，ER＜0；b.當運動方向為負時，觸發值為-ER，ER＜0；當ER＝0時，觸發值為最小值1；時鐘觸發時，如果在理論零點偏置處即存在EX≠0時觸發，則根據運動方向做判斷：a.當運動方向為正時，觸發值為Plus+ER+EX(-脈沖寬度/2≤EX≤脈沖寬度/2)；當EX＝脈沖寬度/2時，為上極限MAX處觸發，位移方向為負；當EX＝-脈沖寬度/2時，為下極限MIN處觸發，位移方向為正；如果觸發值大于Plus，則取余數，即觸發值＝觸發值/Plus；b.當運動方向為負時，觸發值為-ER+EX(-脈沖寬度/2≤EX≤脈沖寬度/2)；當EX＝脈沖寬度/2時，為下極限MIN處觸發，位移方向為正；當EX＝-脈沖寬度/2時，為上極限MAX處觸發，位移方向為負；如果觸發值小于0，則借位，即觸發值＝觸發值+Plus；當ER＞0時，即為測量零點相對理論零點偏右：時鐘觸發時，如果在理論零點即偏移量為EX＝0時觸發，則根據運動方向做判斷：a.當運動方向為正時，觸發值為ER，ER＞0；當ER＝0時，觸發值為最小值1；b.當運動方向為負時，觸發值為Plus-ER；時鐘觸發時，如果在理論零點偏置處即存在EX≠0時觸發，則根據運動方向做判斷：a.當運動方向為正時，觸發值為ER+EX(-脈沖寬度/2≤EX≤脈沖寬度/2)。當EX＝脈沖寬度/2時，為上極限MAX處觸發，位移方向為負；當EX＝-脈沖寬度/2時，為下極限MIN處觸發，位移方向為正；如果觸發值小于0，則借位，即觸發值＝觸發值+Plus；b.當運動方向為負時，觸發值為Plus-ER+EX(-脈沖寬度/2≤EX≤脈沖寬度/2)。當EX＝脈沖寬度/2時，為下極限MIN處觸發，位移方向為正；當EX＝-脈沖寬度/2時，為上極限MAX處觸發，位移方向為負；如果觸發值大于Plus，則取余數，即觸發值＝觸發值/Plus。本專利技術的有益效果在于：利用數字邏輯電路濾除旋轉編碼器干擾信號后送入單片機接口進行位置采集，根據上位機的觸發命令自動完成對模擬量采集板卡的觸發啟停控制及原點數據調校，可以得到極高精度的“模擬量-位置”數據組。該采集觸發卡專配各類模擬量采集卡實現高速運動狀態下精確定點數據采集，大幅度提高采集精度和采集質量，并做到采集實時性和可控性最佳。附圖說明圖1為以圓周運動帶動曲柄機構往復運動采集為例的機構為示意圖；圖2為編碼器數字濾波電路結構圖；圖3為正常工況下的波形；圖4為干擾工況下的波形；圖5為觸發卡電路的示意圖。具體實施方式下面將結合附圖和具體實施例對本專利技術做進一步的說明。以圓周運動帶動曲柄機構往復運動采集為例進行說明，附圖1為本的機構為示意圖。此機構代表曲柄往復運動類機構模型，模擬量采集傳感器安裝于滑塊上，圓周運動由編碼器A測量，滑塊位置由編碼器B測量。采集要求為一個圓周內(即一個往復運動內)對滑塊上的傳感器輸出數據精確采集，并要求采集數據點和位移點一一對應。規定：1.滑塊向左側運動為運動方向正，安裝零點為實際零點(存在安裝誤差本文檔來自技高網...

【技術保護點】
高速精密定位采集觸發卡電路，其特征在于，包括鑒相電路、第一單片機電路、第二單片機電路；正轉、反轉及合成零點信號輸入第一單片機電路的三個中斷口，所述正轉信號接入第一單片機電路的INT0口、所述反轉信號接入第一單片機電路的INT1口、合成零點信號接入第一單片機電路的INT2口；所述第一單片機電路通過零點脈沖展寬電路與第二單片機電路連接；第一單片機電路和第二單片機電路通過RS485接口與上位機連接通信；所述第二單片機電路連接外接PCI模擬量采集板卡。

【技術特征摘要】
1.高速精密定位采集觸發卡電路，其特征在于，包括鑒相電路、第一單片機電路、第二單片機電路；正轉、反轉及合成零點信號輸入第一單片機電路的三個中斷口，所述正轉信號接入第一單片機電路的INT0口、所述反轉信號接入第一單片機電路的INT1口、合成零點信號接入第一單片機電路的INT2口；所述第一單片機電路通過零點脈沖展寬電路與第二單片機電路連接；使得第一單片機電路的零點信號通過零點脈沖展寬電路到達時，觸發第二單片機的INT0口中斷，第一單片機電路和第二單片機電路通過RS485接口與上位機連接通信；所述第二單片機電路連接外接PCI模擬量采集板卡；所述正轉、反轉及合成零點信號為消抖處理模塊處理后的編碼器信號；所述消抖處理模塊為編碼器數字濾波電路，所述編碼器數字濾波電路包括令牌式數字濾波電路。2.利用權利要求1所述高速精密定位采集觸發卡電路的采集方法，其特征在于，包括如下步驟：第一單片機電路：51)第一單片機電路等待自檢命令，主軸以w速度轉兩圈，第一單片機電路記錄測量滑塊位置的編碼器的兩個極限位置時的脈沖數值，即MAX、MIN，傳至上位機端算出偏差ER和觸發值，回傳觸發值及主軸運動方向標志；52)每個INT0或INT1信號觸發中斷，進行加減計數；并比較與觸發值是否相等，如果相等則比較運動方向PB0或PB1與方向標志，如果相等，則觸發一次零點信號脈沖；53)第一單片機電路每次過零點都清零一次重新計數，當電機停止時，當前位置ADDR被保留；第二單片機電路：54)第二單片機電路等待預置命令，預置內容為單片機內部的硬件計數器起始計數值即理論零點偏移量；55)當得到啟動命令時，第二單片機電路為計數器T/C1填入計數值并等待第一單片機電路的零點信號；56)第一單片機電路的零點信號到達時觸發第二單片機的INT0中斷，啟用T/C1對測量圓周運動的編碼器的脈沖信號計數；57)T/C1計數到達時即計數值溢出產生中斷并輸出時鐘脈沖供采集板卡使用，T/C1內覆填入數值Plus，所述Plus為固定值，與測量圓周運動的編碼器分辨率有關，即數值等于主軸一周運動所產生的脈沖數；58)T/C1計數再次到達時即Plus溢出產生中斷，禁止輸出時鐘脈沖信號，相關位清零；所述偏差ER與觸發值的關系為：零點誤差OR...

【專利技術屬性】
技術研發人員：婁永旵，俞旭建，劉強，陳建江，
申請(專利權)人：寧波巨匠自動化裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33