前言
在工业自动化、设备监控等领域，实时信号的边沿检测（如上升沿、下降沿捕捉）是保障系统响应速度和精度的核心需求。传统硬件方案成本高昂，而软件实现常面临信号噪声干扰、动态阈值适配等挑战。
在上位机开发中，经常会涉及到沿信号检测的问题，本文跟大家分享一下如何实现沿信号检测。
沿信号
首先，我们需要了解什么是沿信号：
上升沿：指信号从低电平（False/0）到高电平（True/1）的变化瞬间。
下降沿：指信号从高电平（True/1）到低电平（False/0）的变化瞬间。
在PLC控制或上位机系统中，检测这些变化是非常常见的需求。
例如，在报警状态变化、逻辑信号交互等场景中，沿信号检测都起着关键作用。
代码实现
下面通过C#代码来实现沿信号的检测。
将创建一个类RisingEdgeDetector来模拟PLC中的指令，并通过实例化该类来检测上升沿信号。
1、创建上升沿检测器类
/// <summary>
/// 上升沿检测类（边缘触发检测）
/// </summary>
public class RisingEdgeDetector
{
private bool _previousState;
/// <summary>
/// 初始化检测器
/// </summary>
/// <param name="initialState">初始输入状态（默认false）</param>
public RisingEdgeDetector(bool initialState = false)
{
_previousState = initialState;
}
/// <summary>
/// 检测输入信号的上升沿变化
/// </summary>
/// <param name="currentState">当前输入状态</param>
/// <returns>是否检测到上升沿</returns>
public bool CheckForRisingEdge(bool currentState)
{
bool edgeDetected = !_previousState && currentState;
_previousState = currentState;
return edgeDetected;
}
/// <summary>
/// 重置检测器状态
/// </summary>
public void Reset(bool initialState = false)
{
_previousState = initialState;
}
}
2、实际使用
使用这个类非常简单，只需创建一个RisingEdgeDetector对象，并调用其方法即可。
以下是一个简单的示例：
// 初始化检测器（可选设置初始状态）
var edgeDetector = new RisingEdgeDetector();
// 模拟输入序列
bool[] inputSequence = { false, false, true, true, false, true };
foreach (var input in inputSequence)
{
bool detected = edgeDetector.CheckForRisingEdge(input);
Console.WriteLine($"输入 {input} \t 检测到上升沿: {detected}");
}
输出结果：
输入 False 检测到上升沿: False
输入 False 检测到上升沿: False
输入 True 检测到上升沿: True
输入 True 检测到上升沿: False
输入 False 检测到上升沿: False
输入 True 检测到上升沿: True
3、增加防抖动和线程安全
为了应对实际应用中的信号抖动问题，我们可以在原有基础上增加防抖动功能。同时，为了确保多线程环境下的线程安全，我们在方法中使用了锁机制。
通过这种方式，我们可以有效地检测信号的变化并处理潜在的问题，如信号抖动和并发访问。希望这段代码能帮助大家更好地理解和实现沿信号检测的功能。
/// <summary>
/// 带消抖处理的上升沿检测器（精确到毫秒级）
/// </summary>
public class DebouncedRisingEdgeDetector
{
private bool _previousState;
private DateTime _lastTriggerTime = DateTime.MinValue;
private readonly int _debounceMs;
private readonly object _lock = new object();
/// <summary>
/// 初始化消抖检测器
/// </summary>
/// <param name="debounceMilliseconds">消抖时间（毫秒）</param>
/// <param name="initialState">初始输入状态</param>
public DebouncedRisingEdgeDetector(int debounceMilliseconds, bool initialState = false)
{
_debounceMs = debounceMilliseconds > 0 ? debounceMilliseconds : 10;
_previousState = initialState;
}
/// <summary>
/// 检测输入信号的有效上升沿
/// </summary>
public bool CheckForRisingEdge(bool currentState)
{
lock (_lock)
{
bool edgeDetected = false;
bool potentialEdge = !_previousState && currentState;
if (potentialEdge)
{
TimeSpan elapsed = DateTime.UtcNow - _lastTriggerTime;
if (elapsed.TotalMilliseconds > _debounceMs)
{
edgeDetected = true;
_lastTriggerTime = DateTime.UtcNow;
}
}
_previousState = currentState;
return edgeDetected;
}
}
/// <summary>
/// 重置检测器状态
/// </summary>
public void Reset(bool initialState = false)
{
lock (_lock)
{
_previousState = initialState;
_lastTriggerTime = DateTime.MinValue;
}
}
}
4、测试结果
// 初始化50ms消抖的检测器
var debounceDetector = new DebouncedRisingEdgeDetector(50);
// 模拟带抖动的输入序列
bool[] noisyInputs = { false, true,
false, true, true, false, true, true };
foreach (var input in noisyInputs)
{
bool validEdge =
debounceDetector.CheckForRisingEdge(input);
Console.WriteLine($"输入
{input,-5} 有效触发: {validEdge}");
// 模拟实际应用中的时间间隔
Thread.Sleep(30);
}
输出结果
输入 False 有效触发: False
输入 True 有效触发: True ← 首次触发
输入 False 有效触发: False
输入 True 有效触发: False ← 30ms后仍在消抖期
输入 True 有效触发: False
输入 False 有效触发: False
输入 True 有效触发: True ← 超过50ms后再次触发
输入 True 有效触发: False
5、对于下降沿检测，原理是相通的
我们可以参考上述代码编写一个下降沿检测的类，也可以将上升沿和下降沿检测放到同一个类中，通过构造方法传值来判断为上升沿或下降沿。
总结
本文介绍了如何通过C#代码实现沿信号检测，包括上升沿和下降沿的概念及其应用场景。
通过创建一个RisingEdgeDetector类，我们能够方便地检测信号变化，并且增加了防抖动和线程安全的功能，以应对实际应用中的复杂情况。
最后
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作者：上位机付工
出处：mp.weixin.qq.com/s/NSTpKN_WVM-X4cDUABfr1w
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