一种高精度滑动测频法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度滑动测频法，包括如下步骤：脉冲信号计数值的实时更新，记录采集到的脉冲信号的个数；脉冲信号采集时间的实时更新，记录定时计数器的计数值；定时时间t到后，进行运行参数序列的定时更新；计算频率测量值。本发明实现简单，设计新颖，能够提高频率信号测量的实时性和精度，解决了一般测频法测量结果实时性低、只适用于高频信号的测量等问题，具有一定的工程实用价值。
【专利说明】
一种高精度滑动测频法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高精度滑动测频法，属于传感器信号处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 测频法是一种常用的频率信号测量方法:在一定的时间间隔，计数脉冲信号 的个数为N，则脉冲信号频率fx = N/tm。其测量准确度主要有两项误差决定:一项是时基误 差；一项是量化± 1误差。当时基误差小于量化误差一个或两个数量级时，这时测量准确度 主要由量化误差来确定，
[0003] 由于时间间隔tm的存在，导致一般测频法测量结果的更新时间间隔也为tm，就会导 致测量结果更新不及时，影响控制系统的控制效果。
[0004] 公开号为CN103499739A的中国专利公开了一种基于FPGA的频率测量方法，采用门 控信号和被测信号对计数器的使能信号进行双重控制，降低了量化±1误差对测量结果的 影响。公开号为CN105203793A的中国专利公开了一种精确测量齿轮转速的方法，该专利一 方面测量单位时间内通过的齿数，再加上单位时间后下一个齿的到来所需要的时间，两者 组合得出当前转速值，该专利自述测量误差小，精度高，使用范围广。但上述两个专利均未 能同时解决测频法测量结果更新不及时和低频信号测量误差大的问题。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高精度滑动测频法， 旨在解决一般测频法测量结果更新不及时和低频信号测量误差大的问题。
[0006] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种高精度滑动测频法，包括如下步骤：
[0008] (1)脉冲信号计数值的实时更新，记录采集到的脉冲信号的个数；
[0009] (2)脉冲信号采集时间的实时更新，记录定时计数器的计数值；
[0010] (3)定时时间t到后，进行运行参数序列的定时更新；
[0011] (4)计算频率测量值。
[0012] 进一步的，所述步骤(1)采用嵌入式系统的中断功能，当芯片采集到脉冲信号的上 升沿，程序立即进入中断服务程序，将当前的脉冲信号计数值加1。
[0013] 进一步的，所述步骤(2)采用嵌入式系统的中断功能和定时计数器功能，当芯片采 集到脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服务程序，读取当前的定时计数器的值作为脉 冲信号采集时间。
[0014]进一步的，所述步骤(3)的具体方法为：
[0015] 3-1)运行参数序列是一个行数为L列数为2的数组，数组中每行存储两个数据，分 别是脉冲信号计数值和脉冲信号采集时间；
[0016] 3-2)运行参数序列的定时更新采用嵌入式系统的中断功能，当定时时间t到后程 序立即进入中断服务程序，记录当前的脉冲信号计数值和最新的脉冲信号采集时间，将其 更新进入运行参数序列；
[0017] 3-3)将运行参数序列的每行2个数据看做一个整体，在tn+1时刻采集到一个新的脉 冲信号计数值和脉冲信号采集时间Data n+1，则Datan+1将被加入到运行参数序列的入口端， tn时刻的数据整体往出口端平移，Data ni从出口端去除。
[0018] 进一步的，所述步骤(4)的具体方法为：
[0019] 4-1)求取运行参数序列对应的时间跨度T:取运行参数序列入口端数据中的脉冲 信号采集时间减去出口端数据中的脉冲信号采集时间，再除以定时计数器的计数频率；
[0020] 4-2)取运行参数序列入口端的脉冲信号计数值减去出口端的脉冲信号计数值，得 到时间跨度T内嵌入式系统采集的脉冲信号个数m;
[0021 ] 4-3)脉冲信号个数m除以时间跨度T得到频率测量值。
[0022]进一步的，所述定时时间t等于实际要求的频率测量更新时间间隔。
[0023] 进一步的，所述运行参数序列行数L的选取依据定时时间t和频率测量实时性的要 求，
小于等于延迟时间。
[0024] 有益效果:本发明提供的高精度滑动测频法，实现简单，设计新颖，能够提高频率 信号测量的实时性和精度，解决了一般测频法测量结果实时性低、只适用于高频信号的测 量等问题，具有一定的工程实用价值。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明高精度滑动测频法的流程图；
[0026] 图2是运行参数序列的更新示意图；
[0027]图3是实际使用效果图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029] 如图1所示为一种高精度滑动测频法，包括如下步骤：
[0030] (1)脉冲信号计数值的实时更新：
[0031] 1)脉冲信号计数值记录的是从程序运行开始采集到的转速脉冲信号的历史个数；
[0032] 2)脉冲信号计数值的实时更新采用嵌入式系统的中断功能，当芯片采集到转速传 感器发出的脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服务程序，将当前的转速脉冲信号计数 值加1。
[0033] (2)脉冲信号采集时间的实时更新:脉冲信号采集时间的实时更新采用嵌入式系 统的中断功能和定时计数器功能，当芯片采集到脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服 务程序，读取当前的定时计数器的值作为脉冲信号采集时间。
[0034] (3)运行参数序列的定时更新：
[0035] 1)运行参数序列是一个行数为L列数为2的数组，数组中每行存储两个数据，分别 是脉冲信号计数值和脉冲信号采集时间；
[0036] 2)运行参数序列的定时更新采用嵌入式系统的中断功能，当定时时间t到后程序 立即进入中断服务程序，记录当前的脉冲信号计数值和最新的脉冲信号采集时间，将其更 新进入运行参数序列；
[0037] 3)更新方式如图1所示:在tn+1时刻采集到一个新的脉冲信号计数值和脉冲信号采 集时间Datan+i，则Datan+i将被加入到运行参数序列的入口端，tn时刻的数据整体往出口端 平移，Datan-J人出口端去除。
[0038] (4)计算频率测量值：
[0039] 1)求取运行参数序列对应的时间跨度T:取运行参数序列入口端数据中的脉冲信 号采集时间减去出口端数据中的脉冲信号采集时间，再除以定时计数器的计数频率；
[0040] 2)取运行参数序列入口端的脉冲信号计数值减去出口端的转速脉冲信号计数值， 得到时间跨度T内嵌入式系统采集的转速脉冲信号个数m;
[0041 ] 3)转速脉冲信号个数m，除以时间跨度T得到频率测量值。
[0042] 所述的定时时间t需依据实际频率测量结果更新时间间隔要求，等于频率测量要 求的更新时间间隔。
[0043] 所述的运行参数序列行数L的选取依据定时时间t和频率测量实时性的要求，需保 证
小于等于延迟时间要求。
[0044] 实施例
[0045] -种高精度滑动测频法过程如下：
[0046] 1)脉冲信号计数值的实时更新采用TM4C123GHP6M嵌入式处理器芯片32/64位定时 计数器的输入边沿计数捕获中断功能，当芯片采集到转速传感器发出的脉冲信号的上升 沿，程序立即进入中断服务程序，将当前的转速脉冲信号计数值加1。
[0047] 2)脉冲信号采集时间的实时更新更新采用TM4C123GHP6M嵌入式处理器芯片32/64 位定时计数器的输入边沿计数捕获中断功能和32/64位定时计数器的定时计数功能，当芯 片采集到转速传感器发出的脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服务程序读取当前的定 时计数器的值作为脉冲信号采集时间。定时计数器的计数频率设为80MHz。
[0048] 3)运行参数序列的定时更新采用TM4C123GHP6M嵌入式处理器芯片32/64位定时计 数器的定时中断功能，当定时时间t到后程序立即进入中断服务程序，记录当前的脉冲信号 计数值和脉冲信号采集时间，将其更新进入运行参数序列;试验系统要求的转速更新时间 间隔为20毫秒，设定定时时间t等于20毫秒。
[0049] 4)在tn+1时刻采集到一个新的脉冲信号计数值和脉冲信号采集时间Data n+1，则 Datan+i将被加入到运行参数序列的入口端，tn时刻的数据整体往出口端平移，Data n-m从出 口端去除。
[0050] 5)选择运行参数序列行数L:试验系统要求的测量延迟时间不高于0.5秒，选择运 行参数序列行数L为51。
[0051] 6)求取运行参数序列对应的时间跨度T:取运行参数序列入口端数据中的脉冲信 号采集时间减去出口端数据中的脉冲信号采集时间，再除以定时计数器的计数频率。
[0052] 7)取运行参数序列入口端的脉冲信号计数值减去出口端的脉冲信号计数值，得到 时间跨度T内嵌入式系统采集的脉冲信号个数m。
[0053] 8)计算频率测量值:脉冲信号个数m，除以时间跨度T，得到频率测量值。
[0054]实际测量效果如图3所示：图中传统测频法曲线的时间间隔tm选择为1秒。可以明 显的看到在61.5秒左右转速开始升高，传统测频法的测量值只能1秒更新一次，而高精度滑 动测频法的更新时间显著小于1秒，大大提高了转速测量值的实时性。同时分别给定500HZ， 1500HZ和4500HZ的被测信号，实际测量结果分别为499.9HZ，1499.9HZ和4499.8HZ，对于低 频信号测量精度同样很高，达到了本发明的设计目标。
[0055]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种高精度滑动测频法，其特征包括如下步骤： (1) 脉冲信号计数值的实时更新，记录采集到的脉冲信号的个数； (2) 脉冲信号采集时间的实时更新，记录定时计数器的计数值； (3) 定时时间t到后，进行运行参数序列的定时更新； (4) 计算频率测量值。2. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述步骤（1)采用嵌入式系 统的中断功能，当芯片采集到脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服务程序，将当前的脉 冲信号计数值加1。3. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述步骤(2)采用嵌入式系 统的中断功能和定时计数器功能，当芯片采集到脉冲信号的上升沿，程序立即进入中断服 务程序，读取当前的定时计数器的值作为脉冲信号采集时间。4. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述步骤(3)的具体方法为： 3-1)运行参数序列是一个行数为L列数为2的数组，数组中每行存储两个数据，分别是 脉冲信号计数值和脉冲信号采集时间； 3-2)运行参数序列的定时更新采用嵌入式系统的中断功能，当定时时间t到后程序立 即进入中断服务程序，记录当前的脉冲信号计数值和最新的脉冲信号采集时间，将其更新 进入运行参数序列； 3- 3)将运行参数序列的每行2个数据看做一个整体，在tn+1时刻采集到一个新的脉冲信 号计数值和脉冲信号采集时间Data n+1，则Datan+1将被加入到运行参数序列的入口端，^时 刻的数据整体往出口端平移，Data ni从出口端去除。5. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述步骤(4)的具体方法为： 4- 1)求取运行参数序列对应的时间跨度T:取运行参数序列入口端数据中的脉冲信号 采集时间减去出口端数据中的脉冲信号采集时间，再除以定时计数器的计数频率； 4-2)取运行参数序列入口端的脉冲信号计数值减去出口端的脉冲信号计数值，得到时 间跨度T内嵌入式系统采集的脉冲信号个数m; 4-3)脉冲信号个数m除以时间跨度T得到频率测量值。6. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述定时时间t等于实际要 求的频率测量更新时间间隔。7. 根据权利要求1所述的高精度滑动测频法，其特征在于:所述运行参数序列行数L的 选取依据定时时间t和频率测量实时性的要求，其中難小于等于延迟时间。
【文档编号】G01R23/10GK105866542SQ201610345834
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】陈飞, 罗震, 张天宏
【申请人】南京航空航天大学