CN104698946A - 一种高速数据采集系统 - Google Patents

一种高速数据采集系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104698946A
CN104698946A CN201510125845.8A CN201510125845A CN104698946A CN 104698946 A CN104698946 A CN 104698946A CN 201510125845 A CN201510125845 A CN 201510125845A CN 104698946 A CN104698946 A CN 104698946A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
speed data
signal
frequency
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510125845.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104698946B (zh
Inventor
胥天龙
刘洋
余帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Zhongcheng Intelligent Control Technology Co., Ltd.
Original Assignee
This Energy Science Co Ltd Of Chengdu Jeep
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by This Energy Science Co Ltd Of Chengdu Jeep filed Critical This Energy Science Co Ltd Of Chengdu Jeep
Priority to CN201510125845.8A priority Critical patent/CN104698946B/zh
Publication of CN104698946A publication Critical patent/CN104698946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104698946B publication Critical patent/CN104698946B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2612—Data acquisition interface

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明为了提高可移动机器人对位置信息的采集效率，提供了一种高速数据采集系统，用于可移动的机器人的行动控制，包括控制模块、距离计算模块、多个信号发射模块、多个信号接收模块、多个计时模块，以及多个脉冲产生模块。本发明具有如下的有益效果：采用数字信号实现对位置信息这种模拟信号的采集控制，提高了控制的灵活性；基于对超声波频率的控制和调整，能够极大地提高超声波信号的接收效率和针对性；根据超声波发射与返回的时间差调整同样方向的超声波的采集频率，能够降低对控制模块的资源占用，提高机器人控制系统资源的利用效率等。

Description

一种高速数据采集系统
技术领域
本发明涉及机器人自动控制技术领域，更具体地，涉及一种高速数据采集系统。
背景技术
随着现代科学技术的发展，可移动的机器人的智能化程度越来越高，其执行任务时对所需的数据来源和数据处理速度也提出了越来越高的要求。
现有的提高数据获取速度的方法主要集中在对于数据采集电路方面的改进。例如，模数转换器作为模拟信号和数字信号的桥梁，其应用日趋广泛。当前不断涌现的新理论、新算法，加之数字信号处理器件性能的提高，推动了数据采集系统的发展。目前常用数据采集系统的速率一般在几MSps～几百MSps(Million samples per second，百万抽样/秒)，经模数转换后的数据通过缓冲存储器送入到性能较低的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器，或者通过各种总线送入微机，于是所采集的数据得不到及时的处理，难以满足数据采集实时性的要求，并且所采用的采样控制接口电路需要占用大量的DSP资源和总线资源。在传统的数据采集系统中，AD的控制和数据的转存可通过微处理器来进行控制。这种方式用于高速数据采集系统将会浪费大量的CPU(Central processing unit，中央处理器)资源，而对于MCU(Micro Controller Unit，微型控制单元，也称为单片微型计算机)来说，根本不可能控制高速数据的采集和存储过程。
近几年随着数字革命的推进，数据存储技术也取得了迅猛的发展。在电子和计算机技术飞速发展今天，数字信号处理技术已经成为信息获取的最重要的手段之一。同时各应用领域对数字信号处理的实时性，集成度和灵活性也提出了更高的要求。己有的低速，非实时的数据采集处理系统很难满足这种高端需求。因此，基于数字技术的高速数据采集已经成为机器人今后的智能控制中潜力巨大的发展和研究方向。
发明内容
本发明为了提高可移动机器人对位置信息的采集效率，提供了一种高速数据采集系统，用于可移动的机器人的行动控制，包括控制模块、距离计算模块、多个信号发射模块、多个信号接收模块、多个计时模块，以及多个脉冲产生模块，所述控制模块控制信号发射模块发射超声波，所述信号接收模块根据预设的条件接收反射回来的超声波，所述计时模块采集从信号发射模块发射超声波到信号接收模块接收反射回来的超声波期间经历的时间差，所述脉冲产生模块根据上述各个计时模块采集到的时间差产生不同频率的脉冲，供所述控制模块作为控制信号发射模块的使能信号，所述控制模块根据所述计时模块采集结果修改所述预设的条件，所述距离计算模块根据所述时间差计算机器人运动方向上与障碍物之间的距离。
进一步地，所述信号发射模块的数量小于或等于信号接收模块的数量。
进一步地，所述高速数据采集系统还包括频率调整模块和信号发射次数计数模块，频率调整模块根据信号发射次数计数模块的输出值设置信号发射模块发射的超声波的频率并记录该频率。
进一步地，所述信号接收模块的数量与所述计时模块的数量相同。
进一步地，所述信号发射模块的数量小于或等于所述脉冲产生模块的数量。
进一步地，所述信号接收模块根据频率调整模块中记录的频率，接收反射回来的具有对应频率的超声波。
进一步地，所述计时模块采集到时间差时，所述控制模块控制将该时间差相关的超声波的频率从所述预设的条件中删除。
进一步地，所述控制模块将被记录的频率添加到所述的预设的条件中。
进一步地，信号接收模块均包括高速ADC。
进一步地，所述控制模块采用FPGA。
本发明的有益效果包括：
(1)采用数字信号实现对位置信息这种模拟信号的采集控制，提高了控制的灵活性；
(2)基于对超声波频率的控制和调整，能够极大地提高超声波信号的接收效率和针对性；
(3)根据超声波发射与返回的时间差调整同样方向的超声波的采集频率，能够降低对控制模块的资源占用，提高机器人控制系统资源的利用效率；
(4)通过对超声波发射、接收等处理的控制效率的提高，减少了无用方向或不关心方向的信号采集次数，提高了数据采集的效率，从而间接地提高了数据采集的速度，达到了“高速采集”的目的。
附图说明
图1示出了根据本发明的优选实施例的高速数据采集系统的结构框图。
具体实施方式
在可移动的机器人的行动控制过程中，需要根据机器人所处环境确定机器人在行动过程中的行动路线。对于位置信息和行动路线上的障碍物信息的采集，本发明提供的一种高速数据采集系统如图1所示。
根据本发明的优选实施例，该高速数据采集系统包括控制模块、距离计算模块、多个信号发射模块、多个信号接收模块、多个计时模块，以及多个脉冲产生模块。各个模块的连接关系见图1。所述控制模块采用FPGA。
其中，控制模块控制信号发射模块发射超声波，所述信号接收模块根据预设的条件接收反射回来的超声波。超声波由于具有良好的方向确定性，因此，可以用于给机器人探测行动(例如，移动)方向上的障碍物的存在情况以及检测障碍物与机器人之间的距离。信号发射模块与信号接收模块一一对应或少于信号接收模块，有助于机器人探测行动路线上不同方向的障碍物的情形并根据这些不同方向上的情形确定行动路线的改变，例如，行动方向、行动速度等的调整。
在信号发射模块发射超声波信号时，每个信号发射模块发射的超声波的频率均不相同。这样就能够帮助信号接收模块在接收反射回来的超声波时对该超声波属于哪个信号发射模块所发射的这一信息给予有利的和准确的确认。
具体来讲，该信号发射模块产生的不同的频率是这样实现的：所述高速数据采集系统还包括频率调整模块和信号发射次数计数模块。信号发射次数计数模块在每次信号发射模块发射超声波信号以后均将计数值加一；所述频率调整模块根据该计数值乘以一预先设定的系数得到所述的各个信号发射模块中在接下来要发射超声波的信号发射模块所发射的超声波的频率。频率调整模块根据信号发射次数计数模块的输出值(即上述的乘积)设置信号发射模块发射的超声波的频率。也就是说，该计数值与上述预先设定的系数之间的乘积被由频率调整模块反馈给信号发射模块并由信号发射模块生成该频率的超声波。在本发明的优选实施例中，机器人具有超声波产生单元，超声波信号被送入各个信号发射模块并由信号发射模块根据上述乘积进行分频或倍频，产生特定频率的超声波。
在上述过程中，频率调整模块还记录该频率，并将该被记录的频率添加到所述的预设的条件中。所述的预设的条件被保存在控制模块中的存储器中，该存储器可以采用非易失性存储器件。
此外，在上述过程中，每当信号发射模块发射超声波时，就向计时模块发送此超声波的发送时刻。
在信号接收过程中，信号发射模块被设置为与特定的某个或某些信号接收模块对准相同的方向。一般情况下，信号接收模块仅接收到与该相同的方向一致的反射回来的超声波。但由于干扰、多次反射等等原因，信号发射模块发射的超声波可能不只被接收一次。为了确保信号接收模块的准确性并提高数据采集效率，所述信号接收模块仅根据上述预设的条件中的各个频率进行接收。
具体来说，当信号接收模块接收到某个信号发射模块发射的超声波时，首先检测该超声波信号的频率，然后，通过高速ADC进行模数转换，最后，查找所述预设的条件中是否存在该频率。如果存在，则证明此被接收的超声波之前未被接收过，此接收是必要的；否则，抛弃此次接收到的超声波。如果此接收是必要的，则信号接收模块向所述的计时模块传输接收次此超声波的接收时刻。
所述计时模块采集从信号发射模块发射超声波到信号接收模块接收反射回来的超声波期间经历的时间差，即计算上述发射时刻与接收时刻之间的时间差。
所述控制模块根据所述计时模块采集的时间差修改所述预设的条件。具体来说，将该时间差相关的超声波的频率从所述预设的条件中删除。此外，所述距离计算模块根据所述时间差计算机器人运动方向上与障碍物之间的距离。
当多个针对不同的信号发射模块-信号接收模块组成的匹配组获得的时间差分别被不同的计时模块获得时，各时间差中越小的时间差表明此信号发射模块-信号接收模块组在其处理的超声波的传播方向上距离障碍物的距离最近，这种情况就越应该加强对此方向的距离检测。因此，所述的脉冲产生模块就根据该些时间差调整信号发射模块发射超声波的周期。这样，某个方向上超声波发射与接收之间的时间差越小，就越增加该方向的超声波的发射频次，即降低此方向上的超声波发射之间的时间间隔。实际上，这种方式减少了与机器人即将遇到障碍物的方向(可以理解为无用方向或不关心方向)的信号采集次数，提高了数据采集的效率，从而间接地提高了数据采集的速度，达到了“高速采集”的目的。
通过上述处理后，所述的脉冲产生模块得到的周期被提供所述控制模块作为控制信号发射模块的使能信号，从而改变各个信号发射模块上的信号发射动作频率。
上述的多个在某些实施例中可以均设置为一个。然而，根据本发明的其它一些实施例，上述的“多个”均指两个或两个以上。所述信号发射模块的数量小于或等于信号接收模块的数量，所述信号接收模块的数量与所述计时模块的数量相同，所述信号发射模块的数量小于或等于所述脉冲产生模块的数量。根据本发明的优选实施例，所述信号发射模块的数量小于信号接收模块的数量，所述信号接收模块的数量与所述计时模块的数量相同，所述信号发射模块的数量等于所述脉冲产生模块的数量。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高速数据采集系统，用于可移动的机器人的行动控制，其特征在于，包括控制模块、距离计算模块、多个信号发射模块、多个信号接收模块、多个计时模块，以及多个脉冲产生模块，所述控制模块控制信号发射模块发射超声波，所述信号接收模块根据预设的条件接收反射回来的超声波，所述计时模块采集从信号发射模块发射超声波到信号接收模块接收反射回来的超声波期间经历的时间差，所述脉冲产生模块根据上述各个计时模块采集到的时间差产生不同频率的脉冲，供所述控制模块作为控制信号发射模块的使能信号，所述控制模块根据所述计时模块采集结果修改所述预设的条件，所述距离计算模块根据所述时间差计算机器人运动方向上与障碍物之间的距离。
2.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，所述信号发射模块的数量小于或等于信号接收模块的数量。
3.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，所述高速数据采集系统还包括频率调整模块和信号发射次数计数模块，频率调整模块根据信号发射次数计数模块的输出值设置信号发射模块发射的超声波的频率并记录该频率。
4.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，所述信号接收模块的数量与所述计时模块的数量相同。
5.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，所述信号发射模块的数量小于或等于所述脉冲产生模块的数量。
6.根据权利要求3的高速数据采集系统，其特征在于，所述信号接收模块根据频率调整模块中记录的频率，接收反射回来的具有对应频率的超声波。
7.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，所述计时模块采集到时间差时，所述控制模块控制将该时间差相关的超声波的频率从所述预设的条件中删除。
8.根据权利要求3的高速数据采集系统，其特征在于，所述控制模块将被记录的频率添加到所述的预设的条件中。
9.根据权利要求1的高速数据采集系统，其特征在于，信号接收模块均包括高速ADC。
10.根据权利要求3的高速数据采集系统，其特征在于，所述控制模块采用FPGA。
CN201510125845.8A 2015-03-20 2015-03-20 一种高速数据采集系统 Active CN104698946B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510125845.8A CN104698946B (zh) 2015-03-20 2015-03-20 一种高速数据采集系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510125845.8A CN104698946B (zh) 2015-03-20 2015-03-20 一种高速数据采集系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104698946A true CN104698946A (zh) 2015-06-10
CN104698946B CN104698946B (zh) 2017-12-08

Family

ID=53346183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510125845.8A Active CN104698946B (zh) 2015-03-20 2015-03-20 一种高速数据采集系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104698946B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111212273A (zh) * 2020-02-07 2020-05-29 九江思源软件有限公司 一种具有无线发射器的视频监控装置
CN117029687A (zh) * 2023-08-29 2023-11-10 大庆石油管理局有限公司 一种塔架式抽油机短位移激光测冲程装置和方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3800800A1 (de) * 1988-01-14 1989-08-03 Honeywell Regelsysteme Gmbh Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung
KR100585681B1 (ko) * 2004-12-14 2006-06-07 엘지전자 주식회사 이동 로봇의 장애물 탐지방법
CN1997911A (zh) * 2003-07-29 2007-07-11 李东活 使用超声波的距离测量方法与装置
CN101324669A (zh) * 2008-07-25 2008-12-17 杭州电子科技大学 多路超声波传感器信号处理方法
JP2009168693A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Takenaka Electronic Industrial Co Ltd 超音波変位センサ装置
JP2009265009A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Murata Mfg Co Ltd 超音波計測装置
JP2010108432A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Toshiba Tec Corp 障害物検知システムおよびその制御方法
CN201698023U (zh) * 2010-06-30 2011-01-05 南京信息工程大学 变频超声波测距装置
CN102819021A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 湖南大学 一种多功能超声波测距数据采集系统及方法
CN103698747A (zh) * 2013-12-12 2014-04-02 中国科学院自动化研究所 频分制超声波定位系统及方法
CN103797379A (zh) * 2011-09-22 2014-05-14 皇家飞利浦有限公司 用于多方向测量的超声测量组件
CN103926577A (zh) * 2014-03-31 2014-07-16 桂林电子科技大学 一种超声波发射接收系统

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3800800A1 (de) * 1988-01-14 1989-08-03 Honeywell Regelsysteme Gmbh Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung
CN1997911A (zh) * 2003-07-29 2007-07-11 李东活 使用超声波的距离测量方法与装置
KR100585681B1 (ko) * 2004-12-14 2006-06-07 엘지전자 주식회사 이동 로봇의 장애물 탐지방법
JP2009168693A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Takenaka Electronic Industrial Co Ltd 超音波変位センサ装置
JP2009265009A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Murata Mfg Co Ltd 超音波計測装置
CN101324669A (zh) * 2008-07-25 2008-12-17 杭州电子科技大学 多路超声波传感器信号处理方法
JP2010108432A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Toshiba Tec Corp 障害物検知システムおよびその制御方法
CN201698023U (zh) * 2010-06-30 2011-01-05 南京信息工程大学 变频超声波测距装置
CN103797379A (zh) * 2011-09-22 2014-05-14 皇家飞利浦有限公司 用于多方向测量的超声测量组件
CN102819021A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 湖南大学 一种多功能超声波测距数据采集系统及方法
CN103698747A (zh) * 2013-12-12 2014-04-02 中国科学院自动化研究所 频分制超声波定位系统及方法
CN103926577A (zh) * 2014-03-31 2014-07-16 桂林电子科技大学 一种超声波发射接收系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张禾 等；: "一种高精度超声波测距系统的设计", 《自动化仪表》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111212273A (zh) * 2020-02-07 2020-05-29 九江思源软件有限公司 一种具有无线发射器的视频监控装置
CN111212273B (zh) * 2020-02-07 2021-03-16 九江思源软件有限公司 一种具有无线发射器的视频监控装置
CN117029687A (zh) * 2023-08-29 2023-11-10 大庆石油管理局有限公司 一种塔架式抽油机短位移激光测冲程装置和方法
CN117029687B (zh) * 2023-08-29 2024-05-14 大庆石油管理局有限公司 一种塔架式抽油机短位移激光测冲程装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104698946B (zh) 2017-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100350263C (zh) 分布式传感器网络中到达时间差的确定
CN105046412A (zh) 一种被动相控阵雷达多站联合资源调度与分配方法
CN105446934B (zh) 一种基于多核dsp的动目标及恒虚警检测系统
CN103092113B (zh) 航管波束扫描的时间控制方法
CN108594197B (zh) 一种地面雷达自适应距离幅度加权系统及方法
CN107064876B (zh) 基于无线传感网络和超声波的室内定位系统及定位方法
CN104698946A (zh) 一种高速数据采集系统
CN103713536A (zh) 一种基于超声定位的3d手势识别控制器及方法
CN107796403A (zh) 机器人的移动方法、装置和机器人
CN112711004B (zh) 一种激光测距抗干扰方法、装置、激光测距设备及可读存储介质
CN105517049A (zh) 一种无线中继节点工作量的分配方法
CN1924607B (zh) 多工作状态的高频雷达接收机的控制方法
CN111123274B (zh) 一种水下声呐成像系统目标检测方法
CN102121987B (zh) 基于fpga的三维摄像声纳系统的阈值调整装置及方法
CN104950287A (zh) 一种用于室内定位的超声波-ZigBee系统及方法
US10701654B1 (en) Token-based modified TDMA algorithm
CN111289947B (zh) 信息处理方法、装置以及设备
Hernández et al. Ultrasonic sensor performance improvement using DSP-FPGA based architectures
CN117192564B (zh) 一种激光测距方法、计算机存储介质和电子设备
CN110954908A (zh) 基于fpga的探鱼器多普勒频移快速搜索系统及方法
CN111817749B (zh) 一种抗转发干扰的直接序列扩频接收机及抗转发干扰方法
CN203365673U (zh) 一种新的船用雷达非相参脉冲积累实现装置
CN105095129B (zh) 一种硬件实现的多路定时器事件实时捕获方法
CN108990090A (zh) 一种面向水下目标检测的水声传感网络媒体接入控制方法
CN109218964A (zh) 相邻信号源防干扰方法、系统及信号定位系统、介质

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181206

Address after: 611330 No. 455 Yiqiong Old Road, Jinyuan Street, Dayi County, Chengdu City, Sichuan Province

Patentee after: Sichuan Zhongcheng Intelligent Control Technology Co., Ltd.

Address before: 610041 First Floor, 98 Bauhinia North Street, Chengdu High-tech Zone, Sichuan Province

Patentee before: This Energy Science Co., Ltd of Chengdu jeep

TR01 Transfer of patent right