[发明专利]一种基于光栅的数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种基于光栅的数据采集系统。

背景技术

在高精度伺服系统中，光栅传感器常用于采集待测目标的位置信息。按运动形式分，光栅传感器可分为直线型和旋转型。其中，直线型光栅传感器主要由光栅尺和读数头构成，旋转型光栅传感器主要由码盘和读数头构成。在实际使用光栅传感器时，用户只需按照固定的时钟频率向读数头发送脉冲信号，读数头就会将封装好的数据返回给用户。但是，如果用户想要得到待测目标的角度信息，则还需要对读数头的数据进行采集。

在现有技术中，运动控制器可以针对光栅进行数据采集、并进行高精度的伺服控制。但是，运动控制器价格昂贵，即使便宜的也高达几万元。并且在很多情况下，用户并不需要进行伺服控制，而只需要获取角度信息，那么将运动控制器作为信息采集的中转站就会造成极大的浪费。此外，虽然在现有技术中也存在专用于角度信息采集的数据采集卡，但是其通用性较差、结构复杂、成本较高。

针对现有技术的缺陷，亟需一种通用性强、结构简单、成本低，能适用于多种绝对式光栅和增量式光栅的数据采集系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种通用性强、结构简单、成本低，能适用于多种绝对式光栅和增量式光栅的数据采集系统。

本发明提出的基于光栅的数据采集系统，包括：第一信号转换模块、FPGA模块、总线模块、第二信号转换模块；

第一信号转换模块用于将FPGA模块发送的单端时钟信号转换为双端时钟信号，并将所述双端时钟信号发送至编码器；

第二信号转换模块用于将所述编码器发送的差分数据信号转换为单端数据信号，并将所述单端数据信号发送至FPGA模块；

FPGA模块用于对接收的单端数据信号进行解码、CRC校验，并将校验成功的数据信号经总线模块传送至上位机；

其中，FPGA模块、总线模块还用于为数据采集系统供电。

优选的，FPGA模块还用于将接收的单端数据信号发送至第一信号转换模块，然后，第一信号转换模块将所述单端数据信号转换为差分数据信号、并将所述差分数据信号输出至外部设备。

优选的，所述系统还包括：IO输入输出模块、DA转换模块；所述IO输入输出模块包括：IO输入接口、IO输出接口、以及用于隔离IO输入接口与IO输出接口的光耦；所述DA转换模块包括：DA转换芯片、电压调节电路；所述电压调节电路与DA转换芯片相连，用于对DA转换芯片输出的模拟信号的电压幅值进行调节。

优选的，所述FPGA模块采用最小FPGA系统，包括：编码器信号选择单元、编码器数据读取单元、自测试单元、系统监控模块、地址译码单元；其中，所述编码器信号选择单元与总线模块、编码器数据读取单元分别相连，所述编码器数据读取单元与总线模块、第一信号转换模块分别相连；所述地址译码单元与总线模块、编码器信号选择单元、编码器数据读取单元、自测试单元、系统监控单元分别相连；

所述编码器信号选择单元用于对待采集的编码器数据信号进行选取，并将选取的编码器数据信号发送至编码器数据读取单元；其中，所述编码器数据信号包括外部编码器数据信号、内部模拟编码器数据信号；

所述编码器数据读取单元用于通过第一信号转换模块将时钟信号发送至相应的编码器；以及，所述编码器数据读取单元还用于对采集的数据信号进行解码、校验，并将校验成功的数据信号经总线模块传送至上位机；

所述自测试单元用于通过总线模块接收上位机的配置信息，以产生内部模拟编码器数据信号；

所述系统监控单元用于对FPGA模块的状态进行监控，并在FPGA模块的状态异常时令FPGA模块复位。

优选的，所述FPGA模块还包括：读写测试单元、通用IO单元；所述读写测试单元与总线模块、地址译码单元分别相连，所述通用IO单元与总线模块、地址译码单元分别相连；所述读写测试单元用于测试上位机与FPGA模块的通信状态；所述通用IO单元用于接收上位机的控制指令、并将所述控制指令发送至外部设备，以及，接收外部设备的状态反馈信息，并将所述状态反馈信息发送至上位机。

优选的，所述FPGA模块、总线模块为数据采集系统供电，具体为：所述FPGA模块提供5V和3.3V的供电信号，所述总线模块提供12V的供电信号。

优选的，第一信号转换模块为DS26LS31芯片，第二信号转换模块为DS26LS32芯片，所述总线模块为ISA数据总线，所述光耦为4N25光耦，所述DA转换芯片为AD7545芯片。