基于DSP的气动数据手套控制器的设计

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1、万方数据基于DSP的气动数据手套控制器的设计崔洋，包钢，王祖温(哈尔滨工业大学SMC气动技术中心，黑龙江哈尔滨150001)DesignofPneumaticDataGloveBasedonDSPCUIYang，BAOGang，WANGZu—werl(PneumaticsCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：针对虚拟装配数据手套控制系统的功能要求，以及数字信号处理技术的发展方向，采用TI公司的TM$320F2812芯片作为控

2、制核心，扩展了A／D，D／A，D／O，串1：2和USB接口，并结合CCS集成环境和C语言完成了虚拟装配数据手套控制器硬件和软件的设计。进一步推动了力反馈数据手套的实际应用。关键词：控制器；DSP；数据手套中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1001—2257(2008)06—0036—03Abstract：BasedonfunctionalrequirementsofcontrolsystemofvirtuaIassemblydatagloves，aswellasthedevelopmen

3、tdigitalsignalprocessingtechnology，hardwareandsoftwareofvirtualas—semblyiscompletedusingTI’STM$320F2812andCCSintegratedenvironment，expandedA／D，D／A，D／O，serialandUSBinterface．Thepracticalappli—cationoffeedbackdatagloveisfurtherimpelled．Keywords：controlle

4、r；DSP；datagloveO引言随着虚拟现实技术的不断发展，将触觉和力觉感知引入到虚拟环境中显得越来越重要，这就需要一种用于产生接触觉的人机交互接口设备能将力觉和触觉反馈给用户。目前国内外许多研究者研制了各种类型的力觉和触觉接口设备。哈尔滨工业大学气动技术中心研制了利用气动原理，实现与虚拟环境进行力觉和触觉交互的力反馈数据手套和气动触觉接口设备。该系统硬件使用了A／D，D／A数据转收稿日期：2008—01—23基金项目；国家自然科学基金资助项目(50375034)·36·换卡，并采用Matlab

5、的RealTimeWorkshop(RTW)工具包进行了系统的控制开发【1]。当前，控制器解决方案主要有嵌入式系统和伺服控制卡2种【2]。嵌入式控制系统一般以控制箱为载体，利用RS232，1394，USB等接口接收控制指令，通过DSP(digitalsignalprocessor)，FPGA(fieldprogrammablegatearray)和单片机等处理器来实现控制算法，需要设计者自己完成硬件、软件的构建，工作复杂但相对灵活；控制卡一般用于基于PC机的伺服控制系统构建，使用具有数字／模拟量转换

6、、数字信号输入输出、编码器输入等功能的控制卡，通过在计算机中编写的控制软件来完成控制器的功能，这种方式具有很好的柔性，但仍需要利用计算机语言，如VB、C语言等来完成控制功能，其控制方法的选用和实时性受到了限制。为了达到对控制器方便、快速的要求，研制了基于TMS320F2812芯片的数据手套控制器。l硬件结构设计由于TMS320F2812芯片具有较快的数据处理速度、较大的存储器容量和大量的通用I／O口[3]，把控制器电路板分为3个部分：主电路板、A／D的调理电路和D／A的调理电路，如图1所示。A／D调

7、II皇翌堕壁理电路lI．广■矿旦驯D／AilIJ面司¨理电路电源图1控制器电路板模块控制器硬件总体功能为：霍尔传感器测得的角度信号，经调理电路处理后，由A／D采集转换。比《机械与电子)2008(6)#i专i万方数据例压力阀的阀控信号由上位机给出，经D／A转换后输出，实现气动人工肌肉供气的连续变化。由D／O控制电磁开关阀的换向，以达到开关的目的，实现气囊的充放气。人工肌肉的张力由力传感器测得，经调理电路放大后，由A／D端口采集转换后送至DSP处理。如图2所示。上位机USB应变仪H人工肌肉D／A}一放大

8、电路放大电路阀控信号————1比i群冈㈨懔H莽r霍尔传感器气囊人手图2硬件总体功能1．1A／D转换电路TMS320F2812内部有一个16通道12位的模数转换器。由于对数据手套的信号精度要求比较高，12位分辨率达不到系统要求，因此需要外扩A／D转换接口电路。为了满足系统需要，并且减少电路板的线路，考虑采用A／D芯片与DSP进行串行通信。本文采用多通道缓冲串口(McBSP)进行扩展，电路中采用TI公司生产的高速、低功耗、16位ADC芯片ADS8345。具体电路图如图3所