基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法，依次通过按时序获取扭矩传感器传输的频率信号；在FPGA模块中使用高频时钟读取扭矩传感器传入频率信号的上升沿，直到达到设定的数据更新时间，得到第一个上升沿与最后一个上升沿之间高频时钟的计数值以获取上升沿的个数，进而计算出扭矩传感器的实际输出频率；将频率信息通过DMA‑FIFO上传至Real‑Time实时系统，由Real‑Time实时系统将频率换算为实际的扭矩值并存储实现；该基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法实现了扭矩数据的高速采集，高速存储，解决了扭矩数据在Labview环境下的高速采集与数据高速流盘的问题，且该方法涉及的算法复杂度不高，可适用于各种仪器设备的扭矩采集系统。

【技术实现步骤摘要】
基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法
本专利技术涉及测控系统信息
，特别涉及一种基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法。
技术介绍
在当前信息化时代，对于高吞吐率，高精度测控系统的要求越来越高。而对于众多相关企业而言，测控技术的提高都是急需的，而定位的精确度，相应的快速性，高吞吐率的数据传输等都对于企业的发展具有深远的影响，尤其我国现代工业的发展更需要新型技术的支持。而测控技术的出现正好满足了人们的需求。通过应用测控技术，不仅能逐步提高工业生产效率，提高一系列精密测量仪器的准确性，同时还丰富了新兴技术以及产业的种类，在一定程度上推动了我国工业产业的快速发展。在中国制造2025的背景下，测控技术具有极大的应用及推广价值，需要人们深入研究。FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，其作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决了扭矩数据在Labview环境下实现高速采集与数据高速流盘等问题的基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法，步骤如下：S1、按时序获取扭矩传感器传输的频率信号；S2、在FPGA模块中使用高频时钟读取扭矩传感器传入频率信号的上升沿，直到达到设定的数据更新时间，得到第一个上升沿与最后一个上升沿之间高频时钟的计数值以计算第一个上升沿与最后一个上升沿之间的时间，并获取上升沿的个数，进而计算出扭矩传感器的实际输出频率；S3、将经过步骤S2计算得出的频率信息通过DMA-FIFO上传至Real-Time实时系统，由Real-Time实时系统将频率换算为实际的扭矩值并存储。进一步地，在步骤S1中，采用NI6584适配器在FPGA模块和扭矩传感器之间搭建频率信号差分通道，使FPGA模块从扭矩传感器处接收到差分频率信号。该步骤中，在Labview开发环境中，使用差分信号采集频率信息，实现抑制共模干扰的目的。更进一步地，搭建频率信号差分通道的具体方法为：将NI6584适配器插装在FPGA模块板卡的接口内，同时将NI6584适配器某一端口的引脚4与扭矩传感器端口的引脚1连接，并将这一端口的引脚5与扭矩传感器的引脚4连接。进一步地，步骤S2的具体实现步骤为：S201、倍频FPGA模块的板载时钟，获得高频时钟；S202、确定数据采集周期；S203、在数据采集周期内，使用高频时钟识别扭矩传感器频率信号的上升沿，当识别到第一个上升沿后开始计数，直到采集周期结束，然后通过查找最后一个上升沿时的计数值，得到高频时钟识别到的上升沿的个数；S204、将步骤S203中得到的计数值乘以高频时钟周期得到采集若干上升沿所用的时间，再将上升沿出现的个数除以采集若干上升沿所用的时间得到频率信号对应的频率值，即扭矩传感器的实际频率。其中，在上述步骤S202中，数据采集周期根据数据特征人为设定。在上述步骤S204中高频时钟周期值为FPGA模块板载时钟通过步骤S203的倍频步骤获得的高频时钟一个周期的时间；另外，使用高频时钟在规定周期内读取上升沿个数，保证采集精度的同时又能固定数据传输的周期。进一步地，在步骤S3中，使用DMA-FIFO对频率数据进行传输，这是因为DMA-FIFO是一个先入先出的双口缓冲器，即第一个进入其内的数据第一个被移出，其中一个口是存储器的输入口，另一个口是存储器的输出口，使其能够实现：1)对连续的数据流进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据，2)数据集中起来进行进机和存储，可避免频繁的总线操作，减轻CPU的负担，3)允许系统进行DMA操作，提高数据的传输速度；而接着采用Real-Time实时系统读取DMA-FIFO中的流数据并将频率信息转换为扭矩信息的原因在于，其一在于使用Real-Time实时系统将频率数据流转换为扭矩数据流，相比于直接使用上位机具有更高的实时性，能保证数据流持续稳定传输；其次，Real-Time实时系统的存储功能实现对扭矩数据流单独存储至其磁盘中，当上位机需要调用扭矩数据时，Real-Time实时系统能够将扭矩数据流即时通过网络流的方式传输给上位机。此外，Real-Time实时系统还具有很好的扩展性；因此，在Labview开发环境中，通过DMA-FIFO传输频率信息至Real-Time实时系统能够合理分配硬件资源，使系统中硬件发挥各自的优势。与现有技术相比，该基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法具备如下有益效果：1)该方法可以通过随时调整数据采集周期，方便进行多路数据的对齐与同步采集；2)该方法不会因为被测频率的改变而丢失大量计数，造成最终分辨率的改变，使在测量范围内数据的分辨率是恒定的；3)该方法能够实现高速传输扭矩数据，其1秒钟的数据传输量可以达到25000个；4)该方法采用Real-Time实时系统通过与FPGA协同工作，使频率数据流高速、无损的传输至Real-Time实时系统进行扭矩数据流的高速转换和存储，实现各自发挥自身优势的特点，优化了系统资源。附图说明图1为本专利技术的基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例中的NI6584适配器与扭矩传感器的接线方式示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。如图1所示，该基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法的具体处理步骤如下：S1、按时序获取扭矩传感器传输的频率信号；S2、在FPGA中使用高频时钟读取扭矩传感器传入频率信号的上升沿，直到达到设定的数据更新时间，得到第一个上升沿与最后一个上升沿之间高频时钟的计数值以获取上升沿的个数，进而计算出扭矩传感器的实际输出频率；S3、将经过步骤S2计算得出的频率信息通过DMA-FIFO上传至Real-Time系统，由Real-Time系统将频率换算为实际的扭矩值并存储。具体地，该方法由依次连接的扭矩传感器、NI6584适配器、FPGA板卡、NI8840控制器和上位机实现；其中，在NI8840控制器上搭载有Real-Time实时系统。扭矩传感器安装在轴系中，其输出信号为频率信号，可检测轴受到扭矩的大小。具体来说，扭矩传感器的扭矩测量采用了应变电测原理，即当应变轴受扭力影响产生微小形变后，粘贴在应变轴上的应变计阻值发生相应的变化，将具有相同应变特性的应变计组成测量电桥，应变电阻的变化即可转变为电压信号的变化进行测量，然后将扭矩信息以频率信号的形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法，其特征在于，步骤如下：S1、按时序获取扭矩传感器传输的频率信号；S2、在FPGA模块中使用高频时钟读取扭矩传感器传入的频率信号的上升沿，直到达到设定的数据更新时间，得到第一个上升沿与最后一个上升沿之间高频时钟的计数值以计算第一个上升沿与最后一个上升沿之间的时间，并获取上升沿的个数，进而计算出扭矩传感器的实际输出频率；S3、将经过步骤S2计算得出的频率信息通过DMA‑FIFO上传至Real‑Time实时系统，由Real‑Time实时系统将频率换算为实际的扭矩值并存储。

【技术特征摘要】
1.一种基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法，其特征在于，步骤如下：S1、按时序获取扭矩传感器传输的频率信号；S2、在FPGA模块中使用高频时钟读取扭矩传感器传入的频率信号的上升沿，直到达到设定的数据更新时间，得到第一个上升沿与最后一个上升沿之间高频时钟的计数值以计算第一个上升沿与最后一个上升沿之间的时间，并获取上升沿的个数，进而计算出扭矩传感器的实际输出频率；S3、将经过步骤S2计算得出的频率信息通过DMA-FIFO上传至Real-Time实时系统，由Real-Time实时系统将频率换算为实际的扭矩值并存储。2.根据权利要求1所述的基于Labview的高吞吐率扭矩测量数据的处理方法，其特征在于，在步骤S1中，采用NI6584适配器在FPGA模块和扭矩传感器之间搭建频率信号差分通道，使FPGA模块从扭矩传感器处接收到差分频率信号。3.根据权利要求2所述的基于Labview的高吞吐率扭矩测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恺斯，赵连玉，刘凉，岳有军，王巨涛，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12