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更新時間:2018-12-11 11:14:17瀏覽次數(shù):294次
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1 引言
許多測試系統(tǒng)要求在連續(xù)運動的同時能實時進行數(shù)據(jù)采集。如果測試過程不連續(xù),或者測試位置在前而采集在后,二者之間不能同步,將不可避免地產(chǎn)生誤差。為了提高測量精度,運動控制和數(shù)據(jù)采集必須實現(xiàn)同步。目前,美國NI公司提供的PCI總線E系列數(shù)據(jù)采集卡和運動控制卡都嵌入了RTSI(Real- Time System Integration)總線,它可以滿足需要精確同步和實時數(shù)據(jù)采集處理的測試系統(tǒng)的要求。本文主要介紹如何利用RTSI總線編程實現(xiàn)運動控制和數(shù)據(jù)采集之間的同步。
2 RTSI總線
RISI總線是實時系統(tǒng)集成總線,它是一種高速數(shù)字總線,專門提供NI產(chǎn)品(包括圖像采集和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品)之間的高速互連。RTSI總線包括7根觸發(fā)線,用于創(chuàng)建NI的測量、圖像采集和運動控制設(shè)備以及接口板卡之間靈活的同步關(guān)系。通過軟件設(shè)置可將其他觸發(fā)信號路由到RTSI總線上,也可以將 RTSI總線信號路由到其分觸發(fā)信號線上作為觸發(fā)時鐘,實現(xiàn)l路信號驅(qū)動多個設(shè)備,達到同步的目的。通過RTSI總線,可用1個公共的觸發(fā)或定時事件實現(xiàn)幾個功能事件同步。RTSI總線的典型應(yīng)用包括觸發(fā)圖像采集、基于運動事件的數(shù)據(jù)采集測量、捕獲基于外部事件到運動控制器的當前運動位置等。
對于PCI總線E系列數(shù)據(jù)采集卡,有15種信號與RTSI總線相連,包括時基信號、數(shù)據(jù)采集時鐘、D/A輸出時鐘、板上通用計數(shù)器信號、外部PFI(可編程輸入)信號等,如圖1所示。
3 運動控制與數(shù)據(jù)采集的同步
測試系統(tǒng)中采取的同步方式一般有二種:一種是運動控制卡控制電機運動到某個位置,數(shù)據(jù)采集卡能實時采集該位置上的數(shù)據(jù),這種方式稱為中斷;另一種同步方式是如果電機運動到某個位置時數(shù)據(jù)采集卡采集到滿足某種條件的信號,則需要記錄電機當前的運動位置,這種方式稱為捕獲。本文主要討論中斷同步方式。
3.1 中斷方式
中斷分為位置中斷、相對位置中斷及周期性位置中斷。位置中斷是指當電機運動到某位置時運動控制卡將產(chǎn)生外部中斷信號;相對位置中斷是指當電機的運動位置相對于允許電機產(chǎn)生中斷時的位置之差滿足設(shè)定的條件時產(chǎn)生中斷信號;求模位置中斷是指每相對于某個設(shè)定的位置都將產(chǎn)生1個中斷信號。因此可以根據(jù)測試系統(tǒng)的不同需要決定采取什么樣的中斷方式。
3.2 同步的原理
當運動控制卡控制電機運動到某個位置時,編碼器上返回的位置信號一旦符合設(shè)定的位置條件,將發(fā)出1個中斷信號。該信號可作為數(shù)據(jù)采集卡采集信號的觸發(fā)條件,使采集卡能實時采集所需數(shù)據(jù)。運動控制卡和數(shù)據(jù)采集卡可以通過RTSI總線實現(xiàn)二者之間的同步。運動控制卡產(chǎn)生的中斷信號通過內(nèi)部電路傳送到 RTSI輸出引腳,目前RTSI輸出引腳主要有7個(RTSIO-RTSl6)。RPSI輸出引腳可通過外部電纜與數(shù)據(jù)采集卡的RTSI引腳相連。采集卡的RTSI引腳也可以通過內(nèi)部電路與其控制信號(見圖1)相連,從而實現(xiàn)二者之間的同步。
當運動控制卡控制電機運動到某個位置時將產(chǎn)生中斷信號,該中斷輸出信號可連接到運動控制卡的RTSI引腳,運動控制卡的RTSI引腳與數(shù)據(jù)采集卡的RTSI引腳相連。而在采集卡內(nèi),RTSI引腳信號作為系統(tǒng)的掃描時鐘,與采樣時鐘信號相連,因此運動控制卡每產(chǎn)生1個中斷信號,數(shù)據(jù)采集卡便進行1次通道掃描,讀取各個傳感器上采集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)將存放在設(shè)置的緩沖區(qū)中。而一旦緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)已滿,則通過多線程的方式顯示到屏幕上。這樣就實現(xiàn)了運動控制和數(shù)據(jù)采集之間的同步。
4 編程實現(xiàn)
運動控制與數(shù)據(jù)采集的同步控制流程如圖2所示。
筆者采用LabWindows/CVI軟件對RTSl總線、數(shù)據(jù)采集和運動控制進行編程,其函數(shù)庫由NI-DAQ和NI-Motion提供。其中 NI-Motion函數(shù)庫可以將運動控制與所有應(yīng)用軟件相結(jié)合,并可通過數(shù)字觸發(fā)輸入或NI運動控制卡上的斷點輸出,使運動與測量硬件同步運行。RTSI 總線則將這些觸發(fā)與中斷信號連接到其他卡上,此總線功能由軟件設(shè)定。通過“Measurement&Automation Explorer” (MAX)設(shè)備管理工具,可以配置各設(shè)備的硬件屬性,為每個設(shè)備分配1個設(shè)備編號,在編程時作為查找設(shè)備的標識。下面是編程所需要的主要函數(shù)。
?。?)連接中斷信號和RTSI總線信號函數(shù)
flex_select_signal(boardID,destination,source),其中boardlD為MAX分配的數(shù)據(jù)采集卡的 ID號;destination目的信號,為RTSI某引腳,如NIMC_RT-SI[0..7];source源信號,為某一中斷信號的名稱,如 NIMC_BREAKPOINT[1..4]。
(2)設(shè)置運動參數(shù)和中斷信號模式函數(shù)
設(shè)置運動速度函數(shù) flex_load_velocity(boardlD,axisOrVectorSpace,velocity,inputVector),其中ax- isOrVectorSpace為選擇軸編號或空間坐標;in-putVector參數(shù)對脫離主機運行的程序有用,一般設(shè)成OXFF。
設(shè)置加速度/減速度函數(shù) flex_load_acceleration(boardID,axisOrVectorSpace,accelerationType,accel- eration,inputVector),其中accelerationType為選擇加載的方式,即加速度、減速度還是同時加載。
設(shè)置S-Curve時間函數(shù)flex_load_velocity(boar- dID,axisOrVectorSpace,sCurveTime,inputVector),其中sCurveTime為從0加速到恒定速度或從恒定速度減速到0時的時間,單位為采樣時間的整數(shù)倍。范圍為l~32 767。
設(shè)置運動模式函數(shù)flex_set_op_mode(boardID,axisOrVectorSpace,operationMode)。
設(shè)置運動的目標位置flex_load_target_pos(boardID,axis,targetPosition,inputVector)。
設(shè)置產(chǎn)生中斷的方式函數(shù)flex_config- ure_breakpoint(boardID,axisOrEncoder,enableMode,actionOnBreakpoint,operation),其中actionOnBreak-point為中斷時電平的高低,operation為選擇單點中斷方式或緩沖中斷方式,由運動控制卡的信號決定。
(3)設(shè)置中斷信號產(chǎn)生位置和打開中斷函數(shù)
設(shè)置中斷信號產(chǎn)生位置函數(shù) flix_load_pos_bp(boardID,axisOrEncoder,breakpointPosition.inputVector),其中breakpointPosition為中斷位置(即采樣點)的起始位置,下一次產(chǎn)生中斷的位置為上一次產(chǎn)生中斷的位置加上采樣間距。打開中斷函數(shù) flex_enable_breakpoint()。
(4)啟動電機運動函數(shù)
啟動電機運動函數(shù)flex_start(boardID,ax-isOrVectorSpace,axisOrVSMap),其中axisOrVSMap為可選擇單軸運動或多軸同時運動。
?。?)檢查各種狀態(tài)函數(shù)
檢查運動狀態(tài),讀取運動是否結(jié)束函數(shù)flex_check_move_complete_status()。檢測中斷狀態(tài)函數(shù)flex_read_axis_status_rtn0()。從通信狀態(tài)寄存器中讀取通信狀態(tài)函數(shù)flex_read_csr_rtn()。
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