專利名稱：角度信號采集裝置及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號采集，尤其涉及一種角度信號采集裝置及角度信號處理的方法。
背景技術(shù)：
目前，為了更好的控制設(shè)備的角度方向以及轉(zhuǎn)速，需要通過傳感器來獲取角度信號，并根據(jù)獲取到的角度信號進行調(diào)整控制設(shè)備。而關(guān)于傳感器的選型方面機械電位器在安裝上相對困難，并且使用時間長了以后容易造成機械磨損。并且，還要添加模數(shù)轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能進行數(shù)字信號處理。基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的陀螺儀的原理為依靠地磁的強弱與方位來判斷陀螺儀的方向。由于地磁較弱，當(dāng)該傳感器附近有強磁場時，誤差會很大。用線加速度換算角加速度的話至少需要三個線加速度傳感器固定在不同的幾何位置，幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，并存在幾何誤差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種成本低廉、采集信號誤差小的角度信號采集裝置及角度信號處理的方法。本發(fā)明提供的角度信號采集裝置，包括外蓋、安裝座、印刷電路板、磁鋼、磁鋼座以及信號處理模塊，其中所述外蓋內(nèi)設(shè)有凹槽與內(nèi)臺階，所述印刷電路板嵌入所述外蓋內(nèi)并由所述凹槽與所述內(nèi)臺階定位，并隨所述外蓋安裝在所述安裝座上，所述磁鋼通過所述安裝座嵌入并固定在所述磁鋼座內(nèi)；其中所述印刷電路板與信號處理模塊連接，所述印刷電路板通過感知磁鋼周圍抗干擾能力較強的強磁場的變化來采集角度，并將所述角度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊，所述信號處理模塊對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。本發(fā)明還提供一種角度信號采集與處理的方法，包括以下步驟角度傳感器通過磁鋼的磁場變化采集角度，并轉(zhuǎn)化為與該角度成高度線性關(guān)系的串行數(shù)據(jù)；印刷電路板通過感知磁鋼周圍抗干擾能力較強的強磁場的變化來將所述串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊；信號處理模塊對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。本發(fā)明實施方式中的角度信號采集裝置及其采集與處理的方法利用印刷電路板、磁鋼以及信號處理模塊采集的角速度以及角加速度，成本低廉，安裝簡便，誤差小。


圖1為本發(fā)明一實施方式中角度信號采集裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1中印刷電路板與信號處理模塊的連接關(guān)系圖；圖3為圖2中信號處理模塊的模塊圖；圖4為本發(fā)明一實施方式中角度信號采集與處理方法的主流程圖；圖5為圖4中步驟S30的具體流程圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。請參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明一實施方式中角度信號采集裝置的結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，角度信號采集裝置包括外蓋1、安裝座4、印刷電路板2、磁鋼3以及磁鋼座5。在本實施方式中，所述外蓋I內(nèi)設(shè)有凹槽與內(nèi)臺階(圖未示)，所述印刷電路板2嵌入所述外蓋I內(nèi)并由所述凹槽與所述內(nèi)臺階定位，并隨所述外蓋I安裝在所述安裝座4上，所述磁鋼3通過所述安裝座4嵌入并固定在所述磁鋼座5內(nèi)。請參閱圖2，圖2所示為圖1中印刷電路板2與信號處理模塊10的連接關(guān)系圖。在本實施方式中，角度信號采集裝置還包括信號處理模塊10(圖1未示出)，其中所述印刷電路板2與信號處理模塊10連接，所述印刷電路板2采集角度，并將所述角度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊10，所述信號處理模塊10對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。在本實施方式中，信號處理模塊10設(shè)置在FPGA (或CPLD)芯片內(nèi)。在本實施方式中，所述印刷電路板2大致呈圓形，設(shè)有角度傳感器、穩(wěn)壓器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的周邊電路，其中，角度傳感器設(shè)置于所述印刷電路板2的中部，用于接受所述磁鋼5所產(chǎn)生的不同角度的磁場。在本實施方式中，角度傳感器為霍爾角度傳感器，基于霍爾原理的霍爾角度傳感器通過感受其周邊強磁場的變化來判斷角度的變化，不易受到磁干擾，且成本低廉，安裝便捷。請參閱圖3，圖3所示為圖2中信號處理模塊10的模塊圖。在本實施方式中，所述信號處理模塊10包括串并轉(zhuǎn)換器101、角度調(diào)零器102、角度濾波器103、第一微分器104、角速度濾波器105以及第二微分器106。在本實施方式中，串并轉(zhuǎn)換器101接收所述印刷電路板發(fā)送過的串行數(shù)據(jù)，并將所述串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。在本實施方式中，串行數(shù)據(jù)為10位，在默認(rèn)狀態(tài)下與0 360度的角度成高度線性關(guān)系。角度調(diào)零器102用于對所述并行數(shù)據(jù)進行調(diào)零得到調(diào)零數(shù)據(jù)。角度濾波器103用于對所述調(diào)零數(shù)據(jù)進行濾波得到濾波數(shù)據(jù)。第一微分器104用于對所述濾波數(shù)據(jù)進行微分運算得到所述角速度。在本實施方式中，第一微分器104對濾波數(shù)據(jù)進行對時間的微分運算。角速度濾波器105用于對所述角速度進行濾波得到角速度濾波信號。第二微分器106用于對所述角速度濾波信號進行微分運算得到所述角加速度。在本實施方式中，第二微分器106對角速度濾波數(shù)據(jù)進行對時間的微分運算。在本實施方式中，所述信號處理模塊10還包括數(shù)據(jù)存儲器100，用于存儲并行數(shù)據(jù)、調(diào)零數(shù)據(jù)、濾波數(shù)據(jù)、角速度、角速度濾波信號以及角加速度。在本實施方式中，所述信號處理模塊10還包括程序存儲器108、并串轉(zhuǎn)換器107以及片選與時鐘信號發(fā)生器109。在本實施方式中，程序存儲器108用于存儲用戶修改后的程序，并串轉(zhuǎn)換器107將修改后的程序以串行的方式傳送至印刷電路板2上。在本實施方式中，片選與時鐘信號發(fā)生器109用于確保印刷電路板2與信號處理模塊10信號傳輸?shù)耐?。請參閱圖4，圖4所示為本發(fā)明一實施方式中角度信號處理方法的主流程圖。在本實施方式中，角度信號采集的方法，包括以下步驟在步驟S10，角度傳感器根據(jù)磁鋼3的磁場變化采集角度。在步驟S20，印刷電路板2將所述角度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊10。在步驟S30，所述信號處理模塊10對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。請參閱圖5，圖5所示為圖4中步驟S30的具體流程圖在本實施方式中，步驟S30的具體步驟包括以下步驟在步驟S300，串并轉(zhuǎn)換器101接收所述印刷電路板2發(fā)送過的串行數(shù)據(jù)，并將所述串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。在步驟S302，角度調(diào)零器102對所述并行數(shù)據(jù)進行調(diào)零得到調(diào)零數(shù)據(jù)。在步驟S304，角度濾波器103對所述調(diào)零數(shù)據(jù)進行濾波得到濾波數(shù)據(jù)。在步驟S306，第一微分器104對所述濾波數(shù)據(jù)進行微分運算得到所述角速度。在步驟S308，角速度濾波器105對所述角速度進行濾波得到角速度濾波信號；在步驟S310，第二微分器106對所述角速度濾波信號進行微分運算得到所述角加速度。本發(fā)明實施方式中的角度信號采集裝置及角度信號處理的方法利用印刷電路板2、磁鋼3以及信號處理模塊10采集的角速度以及角加速度，成本低廉，安裝簡便，誤差小。雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實施方式進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種角度信號采集裝置，包括外蓋、安裝座、印刷電路板、磁鋼、磁鋼座以及信號處理模塊，其中 所述外蓋內(nèi)設(shè)有凹槽與內(nèi)臺階，所述印刷電路板嵌入所述外蓋內(nèi)并由所述凹槽與所述內(nèi)臺階定位，并隨所述外蓋安裝在所述安裝座上，所述磁鋼通過所述安裝座嵌入并固定在所述磁鋼座內(nèi)； 其中所述印刷電路板與信號處理模塊連接，所述印刷電路板采集角度，并將所述角度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊，所述信號處理模塊對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。
2.如權(quán)利要求1所述的角度信號采集裝置，其特征在于，其中的信號處理模塊包括 串并轉(zhuǎn)換器，用于將所述串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)； 角度調(diào)零器，用于對所述并行數(shù)據(jù)進行調(diào)零得到調(diào)零數(shù)據(jù)； 角度濾波器，用于對所述調(diào)零數(shù)據(jù)進行濾波得到濾波數(shù)據(jù)； 第一微分器，用于對所述濾波數(shù)據(jù)進行微分運算得到所述角速度； 角速度濾波器，用于對所述角速度進行濾波得到角速度濾波信號； 第二微分器，用于對所述角速度濾波信號進行微分運算得到所述角加速度。
3.如權(quán)利要求2所述的信號處理模塊，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲并行數(shù)據(jù)、調(diào)零數(shù)據(jù)、各濾波數(shù)據(jù)以及角度、角速度和角加速度的信號數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的角度信號采集裝置，其特征在于，所述印刷電路板上設(shè)有角度傳感器、穩(wěn)壓器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，角度傳感器設(shè)置于所述印刷電路板的中部，用于接受所述磁鋼所產(chǎn)生的不同角度的磁場。
5.一種角度信號采集的方法，包括 角度傳感器通過磁鋼周圍的強磁場變化采集角度，并轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)； 印刷電路板將所述的串行數(shù)據(jù)輸出至所述信號處理模塊； 信號處理模塊對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。
6.如權(quán)利要求5所述的角度信號采集的方法，其特征在于，“所述信號處理模塊對所述串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度”的步驟包括 接收所述印刷電路板發(fā)送過的串行數(shù)據(jù)，并將所述串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)； 對所述并行數(shù)據(jù)進行調(diào)零得到調(diào)零數(shù)據(jù)； 對所述調(diào)零數(shù)據(jù)進行濾波得到濾波數(shù)據(jù)； 對所述濾波數(shù)據(jù)進行微分運算得到所述角速度； 對所述角速度進行濾波得到角速度濾波信號； 對所述角速度濾波信號進行微分運算得到所述角加速度。
全文摘要
一種角度信號采集裝置，包括外蓋、安裝座、印刷電路板、磁鋼、磁鋼座以及信號處理模塊，其中外蓋內(nèi)設(shè)有凹槽與內(nèi)臺階，印刷電路板嵌入外蓋內(nèi)并由凹槽與內(nèi)臺階定位，并隨外蓋安裝在安裝座上，磁鋼通過所述安裝座嵌入并固定在所述磁鋼座內(nèi)；其中印刷電路板與信號處理模塊連接，印刷電路板采集角度，并將角度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出至信號處理模塊，信號處理模塊對串行數(shù)據(jù)進行處理以獲取角速度以及角加速度。本發(fā)明中的角度信號采集裝置，成本低廉，安裝簡便，誤差小。
文檔編號G01P15/00GK103048483SQ20121052772
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者劉豫章, 彭安思, 王燦, 劉園園, 吳新宇, 徐揚生 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院