一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可移動(dòng)的機(jī)器人的智能化程度越來越高，其執(zhí)行任務(wù)時(shí)對所需的數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)處理速度也提出了越來越高的要求。
[0003]現(xiàn)有的提高數(shù)據(jù)獲取速度的方法主要集中在對于數(shù)據(jù)采集電路方面的改進(jìn)。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬信號和數(shù)字信號的橋梁，其應(yīng)用日趨廣泛。當(dāng)前不斷涌現(xiàn)的新理論、新算法，加之?dāng)?shù)字信號處理器件性能的提高，推動(dòng)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。目前常用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速率一般在幾MSps?幾百M(fèi)Sps (Mill1n samples per second，百萬抽樣/秒)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過緩沖存儲(chǔ)器送入到性能較低的DSP (Digital SignalProcessing，數(shù)字信號處理)處理器，或者通過各種總線送入微機(jī)，于是所采集的數(shù)據(jù)得不到及時(shí)的處理，難以滿足數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的要求，并且所采用的采樣控制接口電路需要占用大量的DSP資源和總線資源。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD的控制和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存可通過微處理器來進(jìn)行控制。這種方式用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將會(huì)浪費(fèi)大量的CPU(Centralprocessing unit，中央處理器)資源，而對于MCU (Micro Controller Unit，微型控制單元，也稱為單片微型計(jì)算機(jī))來說，根本不可能控制高速數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)過程。
[0004]近幾年隨著數(shù)字革命的推進(jìn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)也取得了迅猛的發(fā)展。在電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展今天，數(shù)字信號處理技術(shù)已經(jīng)成為信息獲取的最重要的手段之一。同時(shí)各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)字信號處理的實(shí)時(shí)性，集成度和靈活性也提出了更高的要求。己有的低速，非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)很難滿足這種高端需求。因此，基于數(shù)字技術(shù)的高速數(shù)據(jù)采集已經(jīng)成為機(jī)器人今后的智能控制中潛力巨大的發(fā)展和研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了提高可移動(dòng)機(jī)器人對位置信息的采集效率，提供了一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于可移動(dòng)的機(jī)器人的行動(dòng)控制，包括控制模塊、距離計(jì)算模塊、多個(gè)信號發(fā)射模塊、多個(gè)信號接收模塊、多個(gè)計(jì)時(shí)模塊，以及多個(gè)脈沖產(chǎn)生模塊，所述控制模塊控制信號發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，所述信號接收模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的條件接收反射回來的超聲波，所述計(jì)時(shí)模塊采集從信號發(fā)射模塊發(fā)射超聲波到信號接收模塊接收反射回來的超聲波期間經(jīng)歷的時(shí)間差，所述脈沖產(chǎn)生模塊根據(jù)上述各個(gè)計(jì)時(shí)模塊采集到的時(shí)間差產(chǎn)生不同頻率的脈沖，供所述控制模塊作為控制信號發(fā)射模塊的使能信號，所述控制模塊根據(jù)所述計(jì)時(shí)模塊采集結(jié)果修改所述預(yù)設(shè)的條件，所述距離計(jì)算模塊根據(jù)所述時(shí)間差計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向上與障礙物之間的距離。
[0006]進(jìn)一步地，所述信號發(fā)射模塊的數(shù)量小于或等于信號接收模塊的數(shù)量。
[0007]進(jìn)一步地，所述高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括頻率調(diào)整模塊和信號發(fā)射次數(shù)計(jì)數(shù)模塊，頻率調(diào)整模塊根據(jù)信號發(fā)射次數(shù)計(jì)數(shù)模塊的輸出值設(shè)置信號發(fā)射模塊發(fā)射的超聲波的頻率并記錄該頻率。
[0008]進(jìn)一步地，所述信號接收模塊的數(shù)量與所述計(jì)時(shí)模塊的數(shù)量相同。
[0009]進(jìn)一步地，所述信號發(fā)射模塊的數(shù)量小于或等于所述脈沖產(chǎn)生模塊的數(shù)量。
[0010]進(jìn)一步地，所述信號接收模塊根據(jù)頻率調(diào)整模塊中記錄的頻率，接收反射回來的具有對應(yīng)頻率的超聲波。
[0011]進(jìn)一步地，所述計(jì)時(shí)模塊采集到時(shí)間差時(shí)，所述控制模塊控制將該時(shí)間差相關(guān)的超聲波的頻率從所述預(yù)設(shè)的條件中刪除。
[0012]進(jìn)一步地，所述控制模塊將被記錄的頻率添加到所述的預(yù)設(shè)的條件中。
[0013]進(jìn)一步地，信號接收模塊均包括高速ADC。
[0014]進(jìn)一步地，所述控制模塊采用FPGA。
[0015]本發(fā)明的有益效果包括:
[0016](I)采用數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)對位置信息這種模擬信號的采集控制，提高了控制的靈活性；
[0017](2)基于對超聲波頻率的控制和調(diào)整，能夠極大地提尚超聲波彳目號的接收效率和針對性；
[0018](3)根據(jù)超聲波發(fā)射與返回的時(shí)間差調(diào)整同樣方向的超聲波的采集頻率，能夠降低對控制模塊的資源占用，提高機(jī)器人控制系統(tǒng)資源的利用效率；
[0019](4)通過對超聲波發(fā)射、接收等處理的控制效率的提高，減少了無用方向或不關(guān)心方向的信號采集次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)采集的效率，從而間接地提高了數(shù)據(jù)采集的速度，達(dá)到了“高速采集”的目的。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在可移動(dòng)的機(jī)器人的行動(dòng)控制過程中，需要根據(jù)機(jī)器人所處環(huán)境確定機(jī)器人在行動(dòng)過程中的行動(dòng)路線。對于位置信息和行動(dòng)路線上的障礙物信息的采集，本發(fā)明提供的一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括控制模塊、距離計(jì)算模塊、多個(gè)信號發(fā)射模塊、多個(gè)信號接收模塊、多個(gè)計(jì)時(shí)模塊，以及多個(gè)脈沖產(chǎn)生模塊。各個(gè)模塊的連接關(guān)系見圖1。所述控制模塊采用FPGA。
[0023]其中，控制模塊控制信號發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，所述信號接收模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的條件接收反射回來的超聲波。超聲波由于具有良好的方向確定性，因此，可以用于給機(jī)器人探測行動(dòng)(例如，移動(dòng))方向上的障礙物的存在情況以及檢測障礙物與機(jī)器人之間的距離。信號發(fā)射模塊與信號接收模塊一一對應(yīng)或少于信號接收模塊，有助于機(jī)器人探測行動(dòng)路線上不同方向的障礙物的情形并根據(jù)這些不同方向上的情形確定行動(dòng)路線的改變，例如，行動(dòng)方向、行動(dòng)速度等的調(diào)整。
[0024]在信號發(fā)射模塊發(fā)射超聲波信號時(shí)，每個(gè)信號發(fā)射模塊發(fā)射的超聲波的頻率均不相同。這樣就能夠幫助信號接收模塊在接收反射回來的超聲波時(shí)對該超聲波屬于哪個(gè)信號發(fā)射模塊所發(fā)射的這一信息給予有利的和準(zhǔn)確的確認(rèn)。
[0025]具體來講，該信號發(fā)射模塊產(chǎn)生的不同的頻率是這樣實(shí)現(xiàn)的:所述高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括頻率調(diào)整模塊和信號發(fā)射次數(shù)計(jì)數(shù)模塊。信號發(fā)射次數(shù)計(jì)數(shù)模塊在每次信號發(fā)射模塊發(fā)射超聲波信號以后均將計(jì)數(shù)值加一；所述頻率調(diào)整模塊根據(jù)該計(jì)數(shù)值乘以一預(yù)先設(shè)定的系數(shù)得到所述的各個(gè)信號發(fā)射模塊中在接下來要發(fā)射超聲波的信號發(fā)射模塊所發(fā)射的超聲波的頻率。頻率調(diào)整模塊根據(jù)信號發(fā)射次數(shù)計(jì)數(shù)模塊的輸出值(即上述的乘積)設(shè)置信號發(fā)射模塊發(fā)射的超聲波的頻率。也就是說，該計(jì)數(shù)值與上述預(yù)先設(shè)定的系數(shù)之間的乘積被由頻率調(diào)整模塊反饋給信號發(fā)射模塊并由信號發(fā)射模塊生成該頻率的超聲波。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)器人具有超聲波