專利名稱：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集位置精確定位方法
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集位置精確定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集中的定位控制，特別涉及其中的定位方法。背景技術(shù)：
在步進(jìn)電機(jī)的定位中，例如在采用濾光片輪實(shí)現(xiàn)比色測(cè)量的光度計(jì)中， 步進(jìn)龜機(jī)驅(qū)動(dòng)濾光片輪運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要在指定位置進(jìn)行采集以獲 取測(cè)量數(shù)據(jù)。采集點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性直接決定著測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。
目前在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用場(chǎng)合，采集點(diǎn)定位主要采 取以下方式1、直接通過(guò)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)定位系統(tǒng)中采用一控制器，發(fā) 送脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并在控制器內(nèi)部維護(hù)一個(gè)計(jì) 數(shù)器，用于指示檢測(cè)裝置當(dāng)前的位置。當(dāng)檢測(cè)裝置到達(dá)指定位置時(shí)，控制 器發(fā)送采集命令，采集數(shù)據(jù)。2、通過(guò)軸角編碼器定位系統(tǒng)中采用一控制 器，發(fā)送脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)軸角編碼器 的輸出信號(hào)并判斷檢測(cè)裝置的位置，當(dāng)檢測(cè)裝置到達(dá)特定位置時(shí)，控制器 發(fā)送采集命令，采集數(shù)據(jù)。
上述直接通過(guò)步進(jìn)電機(jī)脈沖定位的方法通過(guò)軟件進(jìn)行控制，由于軟件 執(zhí)行時(shí)間的不確定性，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖周期不均勻，電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)快時(shí) 慢。同時(shí)采集點(diǎn)也會(huì)隨軟件執(zhí)行時(shí)間不同而發(fā)生變動(dòng)，從而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù) 的跳動(dòng)。通過(guò)軸角編碼器定位的方法提高了采集點(diǎn)定位的精度，但仍然具 有軟件控制的所有缺點(diǎn)；并需要額外增加編碼器，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程 度增加，成本顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種定位精確穩(wěn)定的定位系統(tǒng)及其精確定 位方法，保證動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括FPGA 控制器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及位置傳感器；FPGA控制器給步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路接收到發(fā)送的脈沖和方向信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中，F(xiàn)PGA控制器檢測(cè)到位置傳感器出現(xiàn)有效沿的跳變時(shí)，對(duì)位置計(jì) 數(shù)器清零，位置計(jì)數(shù)器計(jì)算FPGA控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的采集點(diǎn)位置脈沖數(shù)后且檢測(cè)到脈沖有效沿時(shí)，F(xiàn)PGA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操 作。
上述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述FPGA控制電路包含步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控 制模塊、采集點(diǎn)定位模塊及數(shù)據(jù)采集模塊、位置計(jì)數(shù)器；所述步進(jìn)電機(jī)運(yùn) 動(dòng)控制模塊用于給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)；所述采集點(diǎn)定 位模塊用于采集位置的檢測(cè)及定位；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 操作。上述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集模塊的采集操作被設(shè)定在 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖有效沿。
上述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)本次采集位置采集 次數(shù)是否足夠，如果足夠則停止采集。所述數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)是否有下一 個(gè)采集位置，如果有則等待步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)采集位置，進(jìn)行下一輪 數(shù)據(jù)采集。
同時(shí)，本發(fā)明提出了包括如下步驟A) FPGA控制器給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器；B)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接 收到FPGA控制器發(fā)送的脈沖和方向信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；C)在步 進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PGA控制器檢測(cè)到位置傳感器出現(xiàn)有效沿的跳變時(shí)， 對(duì)位置計(jì)數(shù)器清零；D)位置計(jì)數(shù)器計(jì)算FPGA控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng) 到達(dá)設(shè)定的采集點(diǎn)位置脈沖數(shù)后，將檢測(cè)到的脈沖有效沿作為數(shù)據(jù)采集位 置。
上述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集位置精確定位方法，所述FPGA控制器包含步進(jìn) 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、采集點(diǎn)定位模塊及數(shù)據(jù)采集模塊；所述步驟A)中由 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)；所述步
驟C)、 D)中由采集點(diǎn)定位模塊檢測(cè)采集位置及定位；所述數(shù)據(jù)采集模塊
用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作。
上述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集位置精確定位方法，所述數(shù)據(jù)采集模塊的采集操 作被設(shè)定在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖有效沿。
由于采用了以上的方案，本發(fā)明具備如下的有益效果-
1、采集點(diǎn)定位精確FPGA工作頻率高，定時(shí)精確；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈 沖周期定時(shí)精確，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，由此采集點(diǎn)的定位也非常精確；由 于將采集點(diǎn)定位在步進(jìn)電機(jī)脈沖的有效沿，而不是在兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)脈沖中 間，使得定位更加精確，抖動(dòng)量更??；2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)由于控制功能完全由FPGA實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)送與采集操作可以并行執(zhí)行，無(wú)軟件執(zhí)行延時(shí)， 實(shí)時(shí)性強(qiáng)；3、控制自動(dòng)完成由FPGA自動(dòng)完成驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)送、位置檢測(cè) 及數(shù)據(jù)采集操作，整個(gè)過(guò)程無(wú)需軟件干預(yù)；4、簡(jiǎn)單可靠相對(duì)于光柵軸角 編碼器定位，該方法更簡(jiǎn)單可靠，成本更低。
本發(fā)明已通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能測(cè)試，并已在產(chǎn)品上得到充分驗(yàn)證。采 集點(diǎn)的定位非常精確，因而采集得到的數(shù)據(jù)跳動(dòng)非常小。
本發(fā)明可以用于利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位、在指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí) 現(xiàn)測(cè)量的場(chǎng)合。

圖1是本發(fā)明動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖； 圖2是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的有效沿示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中步進(jìn)電機(jī)采集點(diǎn)定位的流程圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中位置信號(hào)、脈沖信號(hào)和采集信號(hào)時(shí)間關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 本例的采集點(diǎn)定位系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，包括FPGA控制電路、 步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及位置傳感器。其中FPGA控制電路包含步 進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、采集點(diǎn)定位模塊及數(shù)據(jù)采集模塊等邏輯模塊及位置 計(jì)數(shù)器；該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信 號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接收到FPGA控制電路發(fā)送的 脈沖和方向信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PGA 控制電路的采集點(diǎn)定位模塊檢測(cè)位置傳感器信號(hào)；當(dāng)位置傳感器出現(xiàn)有效 沿的跳變時(shí)，F(xiàn)PGA控制電路內(nèi)部維護(hù)的位置計(jì)數(shù)器清零。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)送一個(gè)脈沖，內(nèi)部位置計(jì)數(shù)器加1。當(dāng)位置計(jì)數(shù)器到達(dá)設(shè) 定的采集點(diǎn)的位置時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊在檢測(cè)到脈沖有效沿時(shí)，進(jìn)行采集操 作。
脈沖信號(hào)的有效沿與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)。請(qǐng)參考圖2所示，如果 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)脈沖信號(hào)上升沿敏感，有效沿被設(shè)定在上升沿21;如 果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)脈沖信號(hào)下降沿敏感，則有效沿被設(shè)定在下降沿 22。
詳細(xì)的控制流程如圖3所示，F(xiàn)PGA控制電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并一直檢測(cè)位置傳感器的信號(hào)；當(dāng)FPGA發(fā)現(xiàn)位置傳感器信號(hào)的有效沿后， 將位置計(jì)數(shù)器清零，否則在驅(qū)動(dòng)脈沖的有效沿，位置計(jì)數(shù)器加1; FPGA 控制邏輯檢測(cè)位置計(jì)數(shù)器是否到指定采集位置，并檢查是否需要采集數(shù)據(jù)； 如果已經(jīng)到達(dá)指定采集位置并需要采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA控制邏輯檢測(cè)是否到 脈沖的有效沿，如果檢測(cè)到脈沖的有效沿，則發(fā)送采集命令，執(zhí)行數(shù)據(jù)采 集操作;位置傳感器信號(hào)、脈沖信號(hào)與采集信號(hào)的關(guān)系如圖4所示；FPGA 控制邏輯檢測(cè)采集次數(shù)是否足夠，如果不足則檢查步進(jìn)電機(jī)是否運(yùn)動(dòng)到下 一個(gè)采集位置，否則跳轉(zhuǎn)到開(kāi)始。這樣，每次采集點(diǎn)被精確設(shè)定在脈沖的 有效沿，同時(shí)兩次采集的間隔也被設(shè)置成脈沖的時(shí)間間隔的整數(shù)倍。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括FPGA控制器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及位置傳感器；FPGA控制器給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接收到發(fā)送的脈沖和方向信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PGA控制器檢測(cè)到位置傳感器出現(xiàn)有效沿的跳變時(shí)，對(duì)位置計(jì)數(shù)器清零，位置計(jì)數(shù)器計(jì)算FPGA控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的采集點(diǎn)位置脈沖數(shù)后且檢測(cè)到脈沖有效沿時(shí)，F(xiàn)PGA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是所述FPGA控制 電路包含步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、采集點(diǎn)定位模塊及數(shù)據(jù)采集模塊、位 置計(jì)數(shù)器;所述步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊用于給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方 向和脈沖信號(hào)；所述采集點(diǎn)定位模塊用于采集位置的檢測(cè)及定位；所述 數(shù)據(jù)采集模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作。
3. 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù)采集模塊 的采集操作被設(shè)定在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖有效沿。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù) 采集模塊檢測(cè)本次采集位置采集次數(shù)是否足夠，如果足夠則停止采集。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù) 采集模塊檢測(cè)是否有下一個(gè)采集位置，如果有則等待步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到下 一個(gè)采集位置，進(jìn)行下一輪數(shù)據(jù)采集。
6. —種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集位置精確定位方法，包括如下步驟A)FPGA控制 器給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器；B) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接收到FPGA控制器發(fā)送的脈沖和方向信號(hào)，驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；C)在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PGA控制器檢測(cè)到位置 傳感器出現(xiàn)有效沿的跳變時(shí)，對(duì)位置計(jì)數(shù)器清零；D)位置計(jì)數(shù)器計(jì)算 FPGA控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的采集點(diǎn)位置脈沖數(shù)后，將檢 測(cè)到的脈沖有效沿作為數(shù)據(jù)采集位置。
7. 如權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集位置精確定位方法，其特征是所述 FPGA控制器包含步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、采集點(diǎn)定位模塊及數(shù)據(jù)采集 模塊、位置計(jì)數(shù)器；所述步驟A)中由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊給步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)；所述步驟C)、 D)中由采集點(diǎn)定位模塊檢測(cè)采集位置及定位；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作。
8.如權(quán)利要求7所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集位置精確定位方法，其特征是所述 數(shù)據(jù)采集模塊的采集操作被設(shè)定在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖有效沿。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集位置精確定位方法，系統(tǒng)包括FPGA控制器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及位置傳感器，F(xiàn)PGA控制電路給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方向和脈沖信號(hào)，并維護(hù)位置計(jì)數(shù)器；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接收到驅(qū)動(dòng)脈沖和方向信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PGA檢測(cè)到位置傳感器出現(xiàn)有效沿的跳變時(shí)，對(duì)位置計(jì)數(shù)器清零，位置計(jì)數(shù)器計(jì)算發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的采集點(diǎn)位置脈沖數(shù)后且檢測(cè)到脈沖有效沿時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作。本發(fā)明采集點(diǎn)定位精確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，控制自動(dòng)完成，簡(jiǎn)單可靠，成本更低。
文檔編號(hào)H02P8/14GK101425772SQ20071012433
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者翁彥雯, 云 趙, 趙背生 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司