多通道光栅虚拟数显系统.pdf

本发明是一种多通道光栅虚拟数显系统，该系统基于计算机实现对光栅位移传感器输出数据的处理和测量结果的显示，多路光栅位移传感器的信号通过数据采集卡送入计算机，由虚拟数显应用程序获得数据，对数据进行处理、结果存储和显示输出。同时还包含有为外部程序提供的函数接口，可供外部程序调用构成测控系统。本系统基于虚拟仪器技术，使用方便灵活、易于接口，并能够同时处理显示多路的测量结果，有较高的集成度。通过本虚拟数显系统，结合相应的光栅位移传感器或者编码器，以及数据采集的硬件电路，即构成一套用于位移量测量的虚拟仪器，在光栅、磁栅测量等领域有广泛的应用。

1、  多通道光栅虚拟数显系统，其特征在于：系统主要由固件程序、驱动程序和虚拟数显应用程序三部分构成；固件程序烧录在外部接口芯片上，根据通讯协议把多通道光栅传感器的测量结果数据经硬件接口以数据串的形式发送至主机；驱动程序位于主机操作系统的底层，负责和硬件的通讯，接收固件程序传来的数据；虚拟数显应用程序调用驱动程序获得数据，对数据进行处理、显示、记录、存储、输出，并负责提供用户交互界面以及程序接口函数；虚拟数显应用程序包括初始化模块(13)、读数模块(14)、参数设定模块(9)、数据处理模块(8)、数据记录模块(6)、显示模块(7)、和调用接口模块(4)；数据处理模块(8)从驱动程序(3)中获得数据进行处理，处理完的结果经数据记录模块(6)送显示模块(7)显示；参数设定模块(9)包括数据记录设置模块(10)、数据格式设置模块(11)、置数模块(12)和清零模块(15)，用户在程序界面上点击相应的按钮进入上述相应的设置模块中，在弹出的相应对话框中进行参数设置，确定后设置的值被保存在相应模块的参数存储器中；置数设置模块(12)在保存设置的同时还进入清零模块(15)，调用驱动程序(3)与外部接口芯片(1)通讯，对硬件清零。调用接口模块(4)为外部应用程序调用本应用程序中的数据和函数提供了接口程序。

2、  根据权利要求1所述的多通道光栅虚拟数显系统，其特征在于：数据记录模块(6)可以使用任意通道的数据作为中断，记录数据。

3、  根据权利要求2所述的多通道光栅虚拟数显系统，其特征在于：本系统通过设置参数，同时适合于长光栅和圆光栅测量结果的显示。

多通道光栅虚拟数显系统
技术领域
本发明属于光栅位移传感器的结果数显及虚拟仪器领域，具体涉及一种方便实用的多通道光栅虚拟数显系统。
背景技术
光栅数显是光栅测量系统的重要组成之一。在光栅测量系统中，光栅数显用来对光栅尺的测得结果进行显示。光栅数显是否方便实用、功能合理，直接影响到测量的使用。
然而传统的光栅数显存在结构复杂、集成度低、功能单一、无法升级扩展、不易与其他设备接口、不易控制和记录数据、柔性差等问题。当今，以计算机为核心的加工系统、测量系统已渐渐成为主流。通过测量传感器与计算机的接口，可以利用计算机开发出功能强大的应用软件，大幅提高测量的效率和加工的自动化程度。因此寻求一种结构简单、集成度高、易于接口和扩展升级的虚拟光栅数显是光栅数显系统急于解决的问题。
随着虚拟仪器技术的发展，人们开始将注意力转向基于虚拟仪器技术的仪器设计。虚拟仪器能很好的升级扩展、与其他程序接口，同时结构简单、集成度高。但利用虚拟仪器技术实现多通道光栅虚拟数字显示，目前还没有比较好的设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时准确、方便灵活、易与其他设备接口的多通道光栅虚拟数显系统，利用计算机的可视化界面实现光栅位移传感器测量结果的虚拟显示。
本发明是这样实现的：
多通道光栅虚拟数显系统，主要包括固件程序、驱动程序和虚拟数显应用程序。固件程序烧录在接口芯片上，根据通讯协议把需要传输的数据经硬件接口以数据串的形式发送至主机。接口芯片上电开始工作，当接收到主机的数据请求后，开始读数；数据读入完毕，进行数据打包，通过硬件接口向主机发送；然后等待主机的下一次数据请求。驱动程序位于主机操作系统的底层，负责和硬件的通讯，接收固件程序传来的数据。虚拟数显应用程序调用驱动程序获得数据，对数据进行处理、显示、记录、存储、输出，并负责提供用户交互界面以及调用接口函数。
虚拟数显应用程序是整个系统最重要的部分。主要包括初始化模块、读数模块、参数设定模块、数据处理模块、数据记录模块、显示模块和调用接口模块。数据处理模块从驱动程序中获得数据进行处理，处理完的结果经数据记录模块送显示模块显示。参数设定模块包括数据记录设置模块、数据格式设置模块、置数模块和清零模块；用户在程序界面上点击相应的按钮进入上述相应的设置模块中，在弹出的相应对话框中进行参数设置，点击确定后，用户设置的参数被保存在相应模块的参数存储器中；置数设置模块在保存设置的同时还进入清零模块，调用驱动程序与外部接口芯片通讯，对硬件清零；调用接口模块，为外部应用程序调用本应用程序中的数据和函数提供了程序接口。
可见，虚拟数显应用程序的作用是对数据进行处理，并将结果在程序界面上显示出来。显示的值即为当前传感器测得的结果，并随传感器的运动情况实时变化，直观、准确。用户通过交互界面可以改变数据的显示格式和单位，并可设定记录规则进行数据记录。记录完成的数据可以以文件的方式保存，也可以通过调用接口函数被其他应用程序调用。通过对调用接口函数的调用，外部程序能根据虚拟数显提供的数据画图，从而实现结果的图形化显示。在虚拟数显的置数单元和清零单元中，用户可以对各通道的结果进行清零和置数。
虚拟数显应用程序本身在Windows视窗环境下可以独立运行，也可在Windows视窗环境下供其他程序方便的调用和嵌套，能与其他程序很好的接口。通过测量软件对本系统中应用程序调用接口函数的调用，可以直接获得测量的数据，并根据获得的数据进行处理和控制，构成一套测控系统。当然本系统也可以仅仅作为一种数据显示来调用，点击进入本程序，记录数据完毕自动退出。
本系统通过设置参数，可同时适合于长光栅和圆光栅测量结果的显示。由于长光栅和圆光栅在计数上有所区别，当用户选择某一通道为圆光栅计数时，该通道计数值满360度时程序自动对其相应的计数器进行一次清零。
本发明的优点：
1、本多通道光栅虚拟数显系统使用灵活、方便接口。虚拟数显应用程序为外部程序提供了调用接口函数，因此既可作为独立的光栅位移传感器虚拟数显，也可以被其他测量系统和加工系统调用，从而提高测量的自动化程度，实现测量加工的一体化。
2、本多通道光栅虚拟数显系统能够同时处理、显示多通道的测量结果，有较高的集成度。
3、本多通道光栅虚拟数显系统基于软件架构，柔性较高。可以通过修改程序，改变界面外观、增加功能、升级扩展，因此具有普遍性。同时也可广泛应用于各种不同传感器测量系统的虚拟数字显示。
4、本多通道光栅虚拟数显系统将光栅位移传感器的前端数据处理的一部分功能在软件中实现，软硬件结合。充分利用计算机的可视化资源，降低了系统成本，实现了友好的用户界面，提供人机交互，功能人性化。
5、本多通道光栅虚拟数显系统中，可以采用任意一通道作为中断，进入数据地记录，因此可以实现各种复杂条件的数据记录。
附图说明
图1是本发明的结构框图
图2是本发明中虚拟数显应用程序主程序的流程图
图3是本发明的虚拟数显应用程序界面效果图
图4是本发明中固件程序的流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理作进一步说明：
参照附图1，为本发明的结构框图。图中1为外部接口芯片，2为硬件接口，3为驱动程序，5为虚拟数显应用程序，其中4为调用接口模块，6为数据记录模块，7为显示模块，8为数据处理模块，9为设置模块。在外部接口芯片1中，固件程序接收到主机的数据请求，开始读入光栅传感器的测量数据；一组数据读入完毕，进行数据打包，通过硬件接口2发送至主机，等待主机的下一次数据请求。主机端由驱动程序3接收到固件程序发来的打包的数据。数据处理模块8从驱动程序3中获得数据包进行数据处理，处理完的结果经数据记录模块6送显示模块7显示。调用接口模块4为外部应用程序调用本应用程序中的数据和函数提供了接口程序。
参照附图2，为本发明的虚拟数显应用程序主程序的流程图。图中10为数据记录设置模块，11为数据格式设置模块，12为置数模块，13为初始化模块，14为读数模块，15为清零模块，8为数据处理模块，6为数据记录模块，7为显示模块，16为退出模块。程序运行的过程是这样的：第一步，在初始化模块13中，查询硬件是否正确连接，对各存储器赋初值，初始化界面。如果硬件没有正常连接，程序弹出错误警告，否则程序向下运行。第二步，在读数模块14中，向驱动程序发出数据请求，获得硬件输入的数据。第三步，在数据处理模块8中，根据硬件通讯的协议规定，从获得的数据串中分离得到各通道光栅传感器的测量结果。然后，读格式参数存储器和置数参数存储器中的值。根据格式参数存储器中的值对测量结果进行单位转换，根据置数参数存储器中的值对测量结果进行加减。第四步，在记录数据模块6中，读记录参数存储器中的值。判断当前数据是否需要记录，当满足记录条件时，复制当前结果保存在数据记录存储器中。这一步实质上是判读某一通道或者某几个通道的值，当有适合条件的值时，即发生中断保存所有各通道当前的数据。第五步，测量结果被送至显示模块7，在程序界面上以数字或图表的形式显示出来。最后，判断是否停止数显，如果不停止则进入下一个循环。用户在程序界面上点击相应的按钮相应进入数据记录设置模块10、数据格式设置模块11、置数设置模块12和清零模块15中。在弹出的相应对话框中进行参数设置，确定后设置的值被保存在相应的参数存储器中。置数设置模块12在保存设置的同时还进入清零模块15，调用驱动程序3与外部接口芯片1通讯，对硬件清零。调用接口模块4即调用接口函数，主要是开启主程序和读取各存储器中的数据。
参照附图3，为本发明的应用程序界面效果图，以三通道的虚拟数显为例。图中17为虚拟数显应用程序的工作界面，18为通道一测得值的数显，19为通道一的置数，20为通道二的置数，21为通道三的置数，22为通道一的清零，23为通道二的清零，24为通道三清零，25为显示格式设置，26为数据记录设置，27为通道三测得值的数显，28为通道二测得值的数显。用户通过点击19、20、21，在弹出的对话框中给相应的通道置数，点击22、23、24为各通道清零。点击显示设置25在弹出的对话框中更改各通道的显示单位，点击数据记录设置26进入数据记录状态，通过在弹出的对话框中设定记录的条件参数，启动自动计数并存储记录结果。
参照附图4，为本发明中固件程序的流程图。图中29为初始化模块，30为请求接收模块，31为请求响应模块。接口芯片1上电后，固件程序进入初始化模块29，初始化后进入请求接收模块30，程序开始循环。当检测到有主机的数据请求到达，程序跳转至请求响应模块31，根据主机不同的请求类型进行数据采集和控制，响应结束后继续在请求接收模块30中的循环。