CN115085896B - 一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法、系统及存储介质，所述方法包括：通过自同步编码主控制器和振镜同步位流的时钟和数据；通过分布时钟周期通信，并进行对时操作，使主控制器和振镜的时钟节拍保持一致；以分布时钟的节拍数，作为触发条件，将数据与同步信号进行分别传输。本发明的有益效果在于减少通信线缆数量，降低设备故障率和维护成本，简化了多振镜协同的系统复杂度，提高了设备的通信稳定性和智能化水平。

Description

一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法、系统及存储 介质

技术领域

本发明涉及通信领域，具体为一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法、系统及存储介质。

背景技术

振镜主要由电机驱动板、直流电机及反射镜片组成。通过对镜片偏转角度的控制，实现光线传输路径的变化。

传统的振镜控制信号，如应用最多的XY-100协议，采用显性时钟设计方法，需要独立传输时钟信号。编码采用数据与同步混合的方式，将数据速率设置为固定的2MHz，数据包长固定为20bit，同步周期设置为固定的10微秒。

这种协议定义，对振镜控制技术的发展有极大限制，主要体现在以下方面：

1.数据包长度限制了高精度控制信号的传输，比如需要将振镜的控制精度由16bit提升到24bit甚至32bit，或者使用浮点数格式传输数据，20bit的数据包长度无法满足要求；

2.数据格式难于扩展定义。由于固定每包20bit，需要比较复杂的命令字进行数据包甄别，而命令字和校验码会进一步占用数据空间，使原本就不高的传输带宽继续下降；

3.校验位只有1bit奇偶校验，无法判别1位以上的翻转错误；

4.占用庞大的硬件端口资源，每个振镜电机的控制信号，都要占用独立的一对差分线路。如果增加反馈设计，又要占用独立的一对差分线路；

5.控制周期调整的不灵活，虽然可以通过调整显性时钟线的周期来改变同步周期速率，但没有统一标准，会存在控制卡和驱动卡之间的兼容性问题；

6.硬件驱动电路实现成本高。这种自定义的驱动接口，无法与任何大规模应用的工业总线相兼容，必须通过定制电路实现。而应用场景规模又达不到千万级，势必增加驱动接口的实施成本。

发明内容

为克服背景技术中数据包长度限制了高精度控制信号的传输、数据格式难于扩展定义和硬件驱动电路实现成本高等缺点，本发明的目的在于提供一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法、系统及存储介质。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，包括：

S1:通过自同步编码主控制器和振镜同步位流的时钟和数据；

S2:通过分布时钟周期通信，并进行对时操作，使主控制器和振镜的时钟节拍保持一致；

S3:以分布时钟的节拍数，作为触发条件，实现数据传输与同步触发分别进行。

在一些可能的实施方式中，所述数据包括振镜控制数据包和振镜参数数据包。

在一些可能的实施方式中，所述自同步编码采用差分曼彻斯特编码。

在一些可能的实施方式中，所述振镜控制数据包包括振镜电机位置控制数据和一个动作起始时间，所述动作起始时间为以分布时钟为基准的时钟数值，此数值比当前传输时刻的分布时钟数值滞后至少1个控制节拍，所述1个控制节拍为1ms。

在一些可能的实施方式中，所述振镜参数数据包包括振镜写参数数据包和振镜读参数数据包，振镜写参数数据包用于修改振镜的工艺参数，所述振镜读参数数据包用于获取振镜的状态。

在一些可能的实施方式中，所述对时操作的实现方式包括：

授时法：以GPS时钟为基准进行授时，由控制器向振镜发送以本地时钟为基准的对时指令，控制器和振镜具有相同节拍和溢出限制的硬件定时器;

时钟校准法：通过至少二次往复通信对时，确认传输延时和时钟误差。

在一些可能的实施方式中，通过标准协议实现对时操作，具体为：通过控制器和振镜交换各自的时钟信息完成传输延时和时钟误差的测量。

在一些可能的实施方式中，所述“以分布时钟的节拍数，作为触发条件，将数据与同步信号进行分别传输”具体为：当振镜接收到控制器的数据后，将按照数据包约定的分布时钟数值，设定定时器中断，当中断产生时，恰好处于设定的分布时钟时间点，在中断程序中完成相应振镜位置的控制输出。

本发明的第二方面，提供一种振镜控制信号数据与同步触发分离系统，所述系统运行时实现上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法。

本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法的步骤或执行上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离系统。

本发明的有益效果在于：通过自同步编码编码主控制器和振镜同步位流的时钟和数据；通过分布时钟周期通信，并进行对时操作，使主控制器和振镜的时钟节拍保持一致；以分布时钟的节拍数，作为触发条件，将数据与同步信号进行分别传输。本发明的有益效果在于减少通信线缆数量，降低设备故障率和维护成本，简化了多振镜协同的系统复杂度，提高了设备的通信稳定性和智能化水平。

附图说明

图1为本发明实施例一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例XY-100协议，控制信号分布图；

图3为本发明实施例IEEE1588 V1版本的时钟校准法对时示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1所示，本实施例提供一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，包括：

S1:通过自同步编码主控制器和振镜同步位流的时钟和数据；自同步编码的方式为差分曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码把信号跳变沿同时作为时钟周期信号，振镜通过过采样捕捉跳变沿，进行时钟频率恢复。

所述数据包括振镜控制数据包和振镜参数数据包。

所述振镜控制数据包包括振镜电机位置控制数据和一个动作起始时间，所述动作起始时间为以分布时钟为基准的时钟数值，此数值比当前传输时刻的分布时钟数值滞后至少1个控制节拍，所述1个控制节拍为1ms。

所述振镜参数数据包包括振镜写参数数据包和振镜读参数数据包，振镜写参数数据包用于修改振镜的工艺参数，如最大电机驱动电流等数值;所述振镜读参数数据包用于获取振镜的状态,如驱动电路当前的工作温度等信息。

S2:通过分布时钟周期通信，并进行对时操作，使主控制器和振镜的时钟节拍保持一致。

使用分布时钟作为信号触发基准，分布时钟是现代工业总线控制中比较常见的概念。每个独立的设备，实际上都有自己的本地时钟，但是由于精确的电子时钟源成本非常高昂，因此一般电子设备的时钟节拍，都是由普通的晶体振荡器甚至RC振荡网络产生。这些时钟源由于温度或电路制程差异，即使存在千万分之一的差异，都会随时间积累而产生显著的节拍误差。分布时钟是针对这种误差的一种解决方案。通过周期通信进行对时操作，使各个独立设备的时钟节拍与主设备的时钟保持一致。IEEE1588就是基于以太网对时的分布时钟国际标准。

作为实现对比，参照附图2所示，以XY-100协议为例，使用分布时钟的设计方法后，控制信号最少可以只使用1-2路差分信号（全双工2路，半双工1路）。而XY-100需要至少4路差分信号，包括：显性时钟信号、同步信号和电机位置（X轴数据，Y轴数据），如果是3D振镜带反馈方式，则至少需要8路差分信号，包括：显性时钟信号、同步信号和电机位置（X、Y、Z轴数据，X、Y、Z轴反馈）。

数据信号可以根据具体应用，选择通用或自定义通信接口实现。通用通信接口可以选择CANFD或Ethernet/IP协议，其中CANFD是在标准CAN总线1M速率基础上，将数据段8倍频，使数据传输带宽提高到3-4M。Ethernet/IP则可以基于通用的100M或1000M的以太网接口实现。这两种通用接口，均是国际标准，软硬件都有成熟的解决方案。既能满足通信速率的设计要求，也能满足可靠性和一致性要求，且硬件价格合理，性价比极高。具体实现时，根据振镜轴控制需求，状态反馈需求，诊断需求和升级需求，定义具体的命令解析进行控制功能实现即可。

所述对时操作的实现方式包括：

授时法：以GPS时钟为基准进行授时，由控制器向振镜发送以本地时钟为基准的对时指令，控制器和振镜具有相同节拍和溢出限制的硬件定时器;

时钟校准法：通过至少二次往复通信对时，确认传输延时和时钟误差。

通过标准协议实现对时操作，具体为：通过控制器和振镜交换各自的时钟信息完成传输延时和时钟误差的测量。

参照附图3所示，图3为IEEE1588 V1版本的时钟校准法对时示意图。

Master代表控制器，Slave代表振镜。

T1为发送Sync包时的Master时钟读数，T2为Slave接收Sync包时的Slave时钟读数。Follow_Up负责将T1内容发送给Slave。

如果Master与Slave的时钟误差为diff，Master与Slave的通信延时为delay。则得到等式1：T2-T1=diff+delay。

T3为发送Delay_Req包时Slave的时钟读数，T4为接收Delay_Req时Master的时钟读数。Delay_Resp负责将T4内容发送给Slave。

则得到等式2：T4-T3=-diff+delay。

由于T4是Master时刻，因此时钟误差的符号与T2-T1中相反，但延时符号不变。

由等式1、2可分别求得传输延时delay和时钟误差diff。

delay=[(T2-T1)+(T4-T3)]/2

diff=[(T2-T1)-(T4-T3)]/2

得到diff之后，振镜就可以在当前时钟读数基础上，减去diff值。此时即完成时钟校准过程。为了提高校准过程的精确度，可以将T1、T2、T3和T4的获取过程用硬件方式实现，以降低纯软件操作时数据不精确的问题。

分布时钟的校准需要周期性进行，以保证主控和振镜时钟始终保持在一个较小的误差范围内。

S3:以分布时钟的节拍数，作为触发条件，实现数据传输与同步触发分别进行。

具体为：当振镜接收到控制器的数据后，将按照数据包约定的分布时钟数值，设定定时器中断，当中断产生时，恰好处于设定的分布时钟时间点，在中断程序中完成相应振镜位置的控制输出。表1为振镜状态控制和振镜位置控制示例：

表1为振镜状态控制和振镜位置控制示例

其中：状态控制命令的命令字为0xA0，只包含1byte数据，用于振镜状态切换。

振镜位置控制命令的命令字为0xB0，包含的数据长度由振镜精度和控制节拍决定。此例中取振镜精度为16bit，则振镜位置数据为2byte。取振镜控制节拍为1ms，要实现每隔10us进行一次角度更新，则需要传输100组振镜位置数据。如果需要同时控制X和Y方向两组振镜电机，则数据量还需要加倍。最后位置控制命令还包含一个分布时钟的时钟数值，以32bit时钟精度为例，需要再额外增加4byte数据。因此最终数据长度为2*2*100 +4。

本实施例还提供一种振镜控制信号数据与同步触发分离系统，所述系统运行时实现上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法。

本实施例还又提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法的步骤或执行上述一种振镜控制信号数据与同步触发分离系统。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，包括：

S1:通过自同步编码主控制器和振镜同步位流的时钟和数据；

S2:通过分布时钟周期通信，并进行对时操作，使主控制器和振镜的时钟节拍保持一致；

S3:以分布时钟的节拍数，作为触发条件，实现数据传输与同步触发分别进行，具体如下：当振镜接收到控制器的数据后，将按照数据包约定的分布时钟数值，设定定时器中断，当中断产生时，恰好处于设定的分布时钟时间点，在中断程序中完成相应振镜位置的控制输出。

2.根据权利要求1所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，所述数据包括振镜控制数据包和振镜参数数据包。

3.根据权利要求1所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，所述自同步编码采用差分曼彻斯特编码。

4.根据权利要求2所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，所述振镜控制数据包包括振镜电机位置控制数据和一个动作起始时间，所述动作起始时间为以分布时钟为基准的时钟数值，此数值比当前传输时刻的分布时钟数值滞后至少1个控制节拍，所述1个控制节拍为1ms。

5.根据权利要求2所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，所述振镜参数数据包包括振镜写参数数据包和振镜读参数数据包，振镜写参数数据包用于修改振镜的工艺参数，所述振镜读参数数据包用于获取振镜的状态。

6.根据权利要求1所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，所述对时操作的实现方式包括：

授时法：以GPS时钟为基准进行授时，由控制器向振镜发送以本地时钟为基准的对时指令，控制器和振镜具有相同节拍和溢出限制的硬件定时器;

时钟校准法：通过至少二次往复通信对时，确认传输延时和时钟误差。

7.根据权利要求6所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法，其特征在于，通过标准协议实现对时操作，具体为：通过控制器和振镜交换各自的时钟信息完成传输延时和时钟误差的测量。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的一种振镜控制信号数据与同步触发分离方法的步骤。

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