多通道光柵虛擬數顯系統的製作方法
2023-05-29 15:54:56
專利名稱：多通道光柵虛擬數顯系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於光柵位移傳感器的結果數顯及虛擬儀器領域，具體涉及一種方便實用的多通道光柵虛擬數顯系統。
背景技術：
光柵數顯是光柵測量系統的重要組成之一。在光柵測量系統中，光柵數顯用來對光柵尺的測得結果進行顯示。光柵數顯是否方便實用、功能合理，直接影響到測量的使用。
然而傳統的光柵數顯存在結構複雜、集成度低、功能單一、無法升級擴展、不易與其他設備接口、不易控制和記錄數據、柔性差等問題。當今，以計算機為核心的加工系統、測量系統已漸漸成為主流。通過測量傳感器與計算機的接口，可以利用計算機開發出功能強大的應用軟體，大幅提高測量的效率和加工的自動化程度。因此尋求一種結構簡單、集成度高、易於接口和擴展升級的虛擬光柵數顯是光柵數顯系統急於解決的問題。
隨著虛擬儀器技術的發展，人們開始將注意力轉向基於虛擬儀器技術的儀器設計。虛擬儀器能很好的升級擴展、與其他程序接口，同時結構簡單、集成度高。但利用虛擬儀器技術實現多通道光柵虛擬數字顯示，目前還沒有比較好的設計。
發明內容
本發明的目的在於提供一種實時準確、方便靈活、易與其他設備接口的多通道光柵虛擬數顯系統，利用計算機的可視化界面實現光柵位移傳感器測量結果的虛擬顯示。
本發明是這樣實現的多通道光柵虛擬數顯系統，主要包括固件程序、驅動程序和虛擬數顯應用程式。固件程序燒錄在接口晶片上，根據通訊協議把需要傳輸的數據經硬體接口以數據串的形式發送至主機。接口晶片上電開始工作，當接收到主機的數據請求後，開始讀數；數據讀入完畢，進行數據打包，通過硬體接口向主機發送；然後等待主機的下一次數據請求。驅動程序位於主機作業系統的底層，負責和硬體的通訊，接收固件程序傳來的數據。虛擬數顯應用程式調用驅動程序獲得數據，對數據進行處理、顯示、記錄、存儲、輸出，並負責提供用戶交互界面以及調用接口函數。
虛擬數顯應用程式是整個系統最重要的部分。主要包括初始化模塊、讀數模塊、參數設定模塊、數據處理模塊、數據記錄模塊、顯示模塊和調用接口模塊。數據處理模塊從驅動程序中獲得數據進行處理，處理完的結果經數據記錄模塊送顯示模塊顯示。參數設定模塊包括數據記錄設置模塊、數據格式設置模塊、置數模塊和清零模塊；用戶在程序界面上點擊相應的按鈕進入上述相應的設置模塊中，在彈出的相應對話框中進行參數設置，點擊確定後，用戶設置的參數被保存在相應模塊的參數存儲器中；置數設置模塊在保存設置的同時還進入清零模塊，調用驅動程序與外部接口晶片通訊，對硬體清零；調用接口模塊，為外部應用程式調用本應用程式中的數據和函數提供了程序接口。
可見，虛擬數顯應用程式的作用是對數據進行處理，並將結果在程序界面上顯示出來。顯示的值即為當前傳感器測得的結果，並隨傳感器的運動情況實時變化，直觀、準確。用戶通過交互界面可以改變數據的顯示格式和單位，並可設定記錄規則進行數據記錄。記錄完成的數據可以以文件的方式保存，也可以通過調用接口函數被其他應用程式調用。通過對調用接口函數的調用，外部程序能根據虛擬數顯提供的數據畫圖，從而實現結果的圖形化顯示。在虛擬數顯的置數單元和清零單元中，用戶可以對各通道的結果進行清零和置數。
虛擬數顯應用程式本身在Windows視窗環境下可以獨立運行，也可在Windows視窗環境下供其他程序方便的調用和嵌套，能與其他程序很好的接口。通過測量軟體對本系統中應用程式調用接口函數的調用，可以直接獲得測量的數據，並根據獲得的數據進行處理和控制，構成一套測控系統。當然本系統也可以僅僅作為一種數據顯示來調用，點擊進入本程序，記錄數據完畢自動退出。
本系統通過設置參數，可同時適合於長光柵和圓光柵測量結果的顯示。由於長光柵和圓光柵在計數上有所區別，當用戶選擇某一通道為圓光柵計數時，該通道計數值滿360度時程序自動對其相應的計數器進行一次清零。
本發明的優點1、本多通道光柵虛擬數顯系統使用靈活、方便接口。虛擬數顯應用程式為外部程序提供了調用接口函數，因此既可作為獨立的光柵位移傳感器虛擬數顯，也可以被其他測量系統和加工系統調用，從而提高測量的自動化程度，實現測量加工的一體化。
2、本多通道光柵虛擬數顯系統能夠同時處理、顯示多通道的測量結果，有較高的集成度。
3、本多通道光柵虛擬數顯系統基於軟體架構，柔性較高。可以通過修改程序，改變界面外觀、增加功能、升級擴展，因此具有普遍性。同時也可廣泛應用於各種不同傳感器測量系統的虛擬數字顯示。
4、本多通道光柵虛擬數顯系統將光柵位移傳感器的前端數據處理的一部分功能在軟體中實現，軟硬體結合。充分利用計算機的可視化資源，降低了系統成本，實現了友好的用戶界面，提供人機互動，功能人性化。
5、本多通道光柵虛擬數顯系統中，可以採用任意一通道作為中斷，進入數據的記錄，因此可以實現各種複雜條件的數據記錄。
圖1是本發明的結構框2是本發明中虛擬數顯應用程式主程序的流程3是本發明的虛擬數顯應用程式界面效果4是本發明中固件程序的流程圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的原理作進一步說明參照附圖1，為本發明的結構框圖。圖中1為外部接口晶片，2為硬體接口，3為驅動程序，5為虛擬數顯應用程式，其中4為調用接口模塊，6為數據記錄模塊，7為顯示模塊，8為數據處理模塊，9為設置模塊。在外部接口晶片1中，固件程序接收到主機的數據請求，開始讀入光柵傳感器的測量數據；一組數據讀入完畢，進行數據打包，通過硬體接口2發送至主機，等待主機的下一次數據請求。主機端由驅動程序3接收到固件程序發來的打包的數據。數據處理模塊8從驅動程序3中獲得數據包進行數據處理，處理完的結果經數據記錄模塊6送顯示模塊7顯示。調用接口模塊4為外部應用程式調用本應用程式中的數據和函數提供了接口程序。
參照附圖2，為本發明的虛擬數顯應用程式主程序的流程圖。圖中10為數據記錄設置模塊，11為數據格式設置模塊，12為置數模塊，13為初始化模塊，14為讀數模塊，15為清零模塊，8為數據處理模塊，6為數據記錄模塊，7為顯示模塊，16為退出模塊。程序運行的過程是這樣的第一步，在初始化模塊13中，查詢硬體是否正確連接，對各存儲器賦初值，初始化界面。如果硬體沒有正常連接，程序彈出錯誤警告，否則程序向下運行。第二步，在讀數模塊14中，向驅動程序發出數據請求，獲得硬體輸入的數據。第三步，在數據處理模塊8中，根據硬體通訊的協議規定，從獲得的數據串中分離得到各通道光柵傳感器的測量結果。然後，讀格式參數存儲器和置數參數存儲器中的值。根據格式參數存儲器中的值對測量結果進行單位轉換，根據置數參數存儲器中的值對測量結果進行加減。第四步，在記錄數據模塊6中，讀記錄參數存儲器中的值。判斷當前數據是否需要記錄，當滿足記錄條件時，複製當前結果保存在數據記錄存儲器中。這一步實質上是判讀某一通道或者某幾個通道的值，當有適合條件的值時，即發生中斷保存所有各通道當前的數據。第五步，測量結果被送至顯示模塊7，在程序界面上以數字或圖表的形式顯示出來。最後，判斷是否停止數顯，如果不停止則進入下一個循環。用戶在程序界面上點擊相應的按鈕相應進入數據記錄設置模塊10、數據格式設置模塊11、置數設置模塊12和清零模塊15中。在彈出的相應對話框中進行參數設置，確定後設置的值被保存在相應的參數存儲器中。置數設置模塊12在保存設置的同時還進入清零模塊15，調用驅動程序3與外部接口晶片1通訊，對硬體清零。調用接口模塊4即調用接口函數，主要是開啟主程序和讀取各存儲器中的數據。
參照附圖3，為本發明的應用程式界面效果圖，以三通道的虛擬數顯為例。圖中17為虛擬數顯應用程式的工作界面，18為通道一測得值的數顯，19為通道一的置數，20為通道二的置數，21為通道三的置數，22為通道一的清零，23為通道二的清零，24為通道三清零，25為顯示格式設置，26為數據記錄設置，27為通道三測得值的數顯，28為通道二測得值的數顯。用戶通過點擊19、20、21，在彈出的對話框中給相應的通道置數，點擊22、23、24為各通道清零。點擊顯示設置25在彈出的對話框中更改各通道的顯示單位，點擊數據記錄設置26進入數據記錄狀態，通過在彈出的對話框中設定記錄的條件參數，啟動自動計數並存儲記錄結果。
參照附圖4，為本發明中固件程序的流程圖。圖中29為初始化模塊，30為請求接收模塊，31為請求響應模塊。接口晶片1上電後，固件程序進入初始化模塊29，初始化後進入請求接收模塊30，程序開始循環。當檢測到有主機的數據請求到達，程序跳轉至請求響應模塊31，根據主機不同的請求類型進行數據採集和控制，響應結束後繼續在請求接收模塊30中的循環。
權利要求
1.多通道光柵虛擬數顯系統，其特徵在於系統主要由固件程序、驅動程序和虛擬數顯應用程式三部分構成；固件程序燒錄在外部接口晶片上，根據通訊協議把多通道光柵傳感器的測量結果數據經硬體接口以數據串的形式發送至主機；驅動程序位於主機作業系統的底層，負責和硬體的通訊，接收固件程序傳來的數據；虛擬數顯應用程式調用驅動程序獲得數據，對數據進行處理、顯示、記錄、存儲、輸出，並負責提供用戶交互界面以及程序接口函數；虛擬數顯應用程式包括初始化模塊(13)、讀數模塊(14)、參數設定模塊(9)、數據處理模塊(8)、數據記錄模塊(6)、顯示模塊(7)、和調用接口模塊(4)；數據處理模塊(8)從驅動程序(3)中獲得數據進行處理，處理完的結果經數據記錄模塊(6)送顯示模塊(7)顯示；參數設定模塊(9)包括數據記錄設置模塊(10)、數據格式設置模塊(11)、置數模塊(12)和清零模塊(15)，用戶在程序界面上點擊相應的按鈕進入上述相應的設置模塊中，在彈出的相應對話框中進行參數設置，確定後設置的值被保存在相應模塊的參數存儲器中；置數設置模塊(12)在保存設置的同時還進入清零模塊(15)，調用驅動程序(3)與外部接口晶片(1)通訊，對硬體清零。調用接口模塊(4)為外部應用程式調用本應用程式中的數據和函數提供了接口程序。
2.根據權利要求1所述的多通道光柵虛擬數顯系統，其特徵在於數據記錄模塊(6)可以使用任意通道的數據作為中斷，記錄數據。
3.根據權利要求2所述的多通道光柵虛擬數顯系統，其特徵在於本系統通過設置參數，同時適合於長光柵和圓光柵測量結果的顯示。
全文摘要
本發明是一種多通道光柵虛擬數顯系統，該系統基於計算機實現對光柵位移傳感器輸出數據的處理和測量結果的顯示，多路光柵位移傳感器的信號通過數據採集卡送入計算機，由虛擬數顯應用程式獲得數據，對數據進行處理、結果存儲和顯示輸出。同時還包含有為外部程序提供的函數接口，可供外部程序調用構成測控系統。本系統基於虛擬儀器技術，使用方便靈活、易於接口，並能夠同時處理顯示多路的測量結果，有較高的集成度。通過本虛擬數顯系統，結合相應的光柵位移傳感器或者編碼器，以及數據採集的硬體電路，即構成一套用於位移量測量的虛擬儀器，在光柵、磁柵測量等領域有廣泛的應用。
文檔編號G06F13/10GK1614550SQ200410040859
公開日2005年5月11日 申請日期2004年10月15日 優先權日2004年10月15日
發明者王代華, 袁剛 申請人:重慶大學