專利名稱：基于fpga時間戳的色標位置信息記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種包裝、印刷工業(yè)中的色標檢測信息記錄裝置，尤其涉及ー種基于FPGA時間戳的色標位置信息的高速高精度的記錄裝置。
背景技術(shù)：
在包裝、印刷等行業(yè)的色標檢測領(lǐng)域中，一般采用直接記錄編碼器4倍頻后的位置信息來實現(xiàn)，該方法具有簡單，明了的特點，在包裝、印刷等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是，隨著包裝和印刷領(lǐng)域?qū)ι珮藱z測精度的要求越來越高，單純記錄編碼器4倍頻之后的位置信息，則會導(dǎo)致如下兩個問題第一，記錄結(jié)果存在著離散化嚴重的情況；第二，單純通過MCU處理器中斷響應(yīng)來實現(xiàn)色標信號記錄的方法，存在著丟失色標位置信息的可能，因此這個方法逐漸不能滿足該行業(yè)對色標檢測精度的要求了。因此，如何高速和精確的測量色標信號的位置信息成為ー個亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，其特征在干包括FPGA計時模塊、位置信號邊沿檢測模塊、標記信息檢測模塊、位置估算模塊；所述FPGA計時模塊采用晶振進行計時，并給出相應(yīng)的時間戳信息；所述位置信號邊沿檢測模塊可以檢測信號上升沿或者下降沿跳變，與所述FPGA計時模塊相結(jié)合能夠給出四倍頻位置信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間；所述標記信息檢測模塊對色標信號的上升沿或者下降沿進行檢測，與所述FPGA計時模塊相結(jié)合能夠給出色標信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間；所述位置估算模塊根據(jù)色標信號相對于四倍頻位置信號的偏移時間估算出色標信號所對應(yīng)的位置信息。在上述技術(shù)方案中，進ー步包括前端處理模塊，所述前端處理模塊對色標信號和參考信號進行濾波處理和極性選擇。在上述技術(shù)方案中，進ー步包括色標信息緩沖區(qū)，所述色標信息緩沖區(qū)用于緩存來不及處理的檢測到的色標信息。在上述技術(shù)方案中，所述色標信息緩沖區(qū)為環(huán)形FIFO緩沖區(qū)。本實用新型取得了以下技術(shù)效果通過FPGA的高頻時間戳的記錄方法來記錄色標信號的方法，可以大大的提高測量精度，降低測量位置的離散化的，其數(shù)據(jù)更加集中；同時，高精度的測量帶來的控制調(diào)整值更加的準確和穩(wěn)定，可以克服低分辨率的編碼器的誤差問題?；贔PGA時間戳的色標信號記錄算法的方法大大改善了測量精度和測量效果。

圖I為色標位置"[目息的聞速聞精度的記錄方法不意圖；圖2為標記信息與FPGA時鐘信號的關(guān)系圖；[0012]圖3為參考信號和標記信號通過數(shù)字濾波和極性選擇流程的示意圖；圖4為參考信號和標記信號通過數(shù)字濾波示意圖。圖中標記11_高精度記錄色標位置模塊；12_可配置濾波模塊；13_硬件FIFO模塊。
具體實施方式
為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本實用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進ー步的詳細描述。本實用新型在現(xiàn)有的色標位置信息記錄技術(shù)上，増加了 FPGA計時模塊、位置信號邊沿檢測模塊、標記信息檢測模塊、位置估算模塊和色標信息緩沖區(qū)。其中，F(xiàn)PGA計時模塊采用晶振進行計時，通過其內(nèi)部鎖相倍頻后產(chǎn)生高速時鐘，最小計時精度可達到納秒級，屬于硬件計時的范疇，可以給出各個信號產(chǎn)生、結(jié)束或者變化的時間點，并給出相應(yīng)的時間戳 信息。位置信號邊沿檢測模塊可以檢測信號上升沿或者下降沿跳變，與FPGA計時模塊相結(jié)合即可知道信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間。標記信息檢測模塊可對色標信號的上升沿或者下降沿進行檢測，與FPGA計時模塊相結(jié)合即可知道信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間。位置估算模塊根據(jù)位置信號邊沿檢測模塊輸出的位置信號上升沿或者下降沿確定出4倍頻位置信號中每個位置所對應(yīng)的時間長度，通過標記信息檢測模塊輸出的色標信號確定該色標信號對應(yīng)的4倍頻位置信號的位置P，通過位置P前后邊沿跳變的時間差(即從ー個上升沿至緊隨其后的下降沿或從ー個下降沿至緊隨其后的上升沿)計算位置P持續(xù)的時間長度Tp，并計算標記信息檢測模塊輸出的色標信號發(fā)生時刻距離位置P開始時刻的時間長度Tm，通過公式P+ (Tm/Tp) *L估算出色標信號所對應(yīng)的位置，L為4倍頻后位置信號所對應(yīng)的長度間隔，即現(xiàn)有的色標位置信息記錄技術(shù)中的最小位置分辨率。由于FPGA計時模塊的精度非常高，那么本實用新型的位置記錄精度可達到IOns對應(yīng)的位置精度級別上。對于色標信號位置信息的高速高精度記錄，主要涉及三個方面問題，一是色標信號位置信息的高精度記錄，ニ是可以配置輸入信號的極性和濾波的時間常數(shù)，三是所有色標信號位置信息的高速無遺漏的記錄。(一 )色標信號位置信息的高精度記錄標記信息與時鐘信號的關(guān)系如圖2所示，pA, pB, pC, pD, pE, pF, pG為增量式編碼器的A, B信號通過四倍頻后可以得到的4倍頻等位置信息，Markl, Mark2, Mark3為標記信息Mark在上面所留下的時間戳的信息,T2，T3為標記信息在一個倍頻信息內(nèi)部與前ー個時間信息點的差值，Tl，T4為兩個四倍頻信號之間的差值。如果單純只是記錄Mark2和Mark3在編碼器位置上的信息，則Mark2為pB，Mark3為pF，按照這種記錄方式，記錄值在精度要求不高時問題不大，存在最多ー個周期的抖動，但是如果版棍周長比較大，編碼器的線數(shù)比較低，實際誤差值則可能會非常大，對后續(xù)測量精度的影響比較明顯。而使用本實用新型中的高分辨的時間戳記錄方式后，如圖2所示，Mark2的估計位置為 pB+(T2/Tl)*L，此時 L = pD-pC，Mark3 的估計位置為 pF+(T3/T4)禮，此時 L = pG_pF。(ニ)可配置輸入信號的極性和濾波的時間常數(shù)如圖3所示通過前端處理模塊的配置，可以得到濾波和極性選擇后的REF信號和MARK信號。濾波模塊如圖4所示，MARK信號和REF信號通過濾波后可以有效的消除毛刺的信號，把一些虛假的毛刺信號消除棹。再通過后ー級的信號選擇開關(guān)可以正確的處理前端的NPN信號或者PNP信號，提高信號處理的能力和可靠性。(三)所有色標信號位置信息的高速無遺漏的記錄在有些高速印刷的多色組的色標信號檢測中，有大量的Mark信號存在，如果單純依靠處理器的中斷來讀取這些標記信號的信息，不僅大量占用處理器段的負載，而且存在處理器來不讀取數(shù)據(jù)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)會丟失的情況。為了有效的保證每ー個信號都不丟失，特在FPGA內(nèi)部建立一個色標信息緩沖區(qū)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速連續(xù)采集，色標信息緩沖區(qū)優(yōu)選采用硬件的環(huán)形FIFO緩沖區(qū)的機制來實現(xiàn)。以圖2為例說明，系統(tǒng)如果在很短的時間間隔內(nèi)來了 3個標記信號的信息，如果沒有硬件的FIFO機制，在Markl的信息處理完成前就Mark2信息就發(fā)生了，則可能MCU只能夠處理Markl的信息，Mark2的信息丟失了，如果MCU處理得比較快，在Markl的信息處理完成后Mark2信息才發(fā)生，則可能能夠正常處理Mark2的信息。如果有硬件FIFO，當Markl標記信息來了，進入中斷處理，發(fā)現(xiàn)有I個，處理。在處理的同時，可能Mark2也來了，F(xiàn)PGA將其放入FIFO中，不會丟失，再次通知MCU等待處理，以此類推，可以知道Markl，Mark2，Mark3都不會丟失，都能夠正確的處理。上述僅為說明本實用新型原理的優(yōu)選實施例，凡依本實用新型范圍所做的均等變化和修飾，皆為本實用新型專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，其特征在于包括FPGA計時模塊、位置信號邊沿檢測模塊、標記信息檢測模塊、位置估算模塊；所述FPGA計時模塊采用晶振進行計時，并給出相應(yīng)的時間戳信息；所述位置信號邊沿檢測模塊可以檢測信號上升沿或者下降沿跳變，與所述FPGA計時模塊相結(jié)合能夠給出四倍頻位置信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間；所述標記信息檢測模塊對色標信號的上升沿或者下降沿進行檢測，與所述FPGA計時模塊相結(jié)合能夠給出色標信號上升沿或者下降沿的發(fā)生時間；所述位置估算模塊根據(jù)色標信號相對于四倍頻位置信號的偏移時間估算出色標信號所對應(yīng)的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，其特征在于進一步包括前端處理模塊，所述前端處理模塊對色標信號和參考信號進行濾波處理和極性選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任意一項所述的基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，其特征在于進一步包括色標信息緩沖區(qū)，所述色標信息緩沖區(qū)用于緩存來不及處理的檢測到的色標信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，其特征在于所·述色標信息緩沖區(qū)為環(huán)形FIFO緩沖區(qū)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于FPGA時間戳的色標位置信息記錄裝置，采用FPGA計時模塊來產(chǎn)生高頻時間戳信息，通過高頻時間戳信息來記錄各個色標信號的上升沿或者下降沿，通過每個4倍頻后位置信號的持續(xù)時間和色標信號的時間偏移來估算色標信號所對應(yīng)的位置偏移，從而大大提高了測量精度；同時通過環(huán)形FIFO緩沖區(qū)來緩存來不及處理的檢測到的色標信息，可以滿足高速記錄色標位置信息的需求。相對于普通的色標信號記錄方法，該記錄方法可以達到10ns甚至更高的精度，能夠滿足包裝，印刷等行業(yè)對色標位置信息進行高速高精度記錄的要求。
文檔編號G01B7/00GK202648610SQ20122035320
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者陳光華, 汪原, 王威, 李旭陽, 古城, 王津津 申請人:武漢邁信電氣技術(shù)有限公司