电容式触觉传感器信号检测系统的设计_孙一心.pdf

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1、第13卷第1期纳米技术与精密工程Vol．13No．12015年1月NanotechnologyandPrecisionEngineeringJan．2015DOI10.13494/j．npe．20140059孙一心，钟莹，王向鸿，等．电容式触觉传感器信号检测系统的设计［J］．纳米技术与精密工程，2015，13(1):28-33．SunYixin，ZhongYing，WangXianghong，etal．Designofsignaldetectionsystemofacapacitivetactilesensorarray［J］．Nanotechnolog

2、yandPrecisionEngineering，2015，13(1):28-33(inChinese)．电容式触觉传感器信号检测系统的设计孙一心，钟莹，王向鸿，李醒飞(精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学)，天津300072)摘要:信号检测系统对电容式触觉传感器的分辨力、稳定性和信噪比都有重要影响．设计了一种基于PCap01电容数字转换芯片的电容式触觉传感器的信号检测系统，采用FPGA控制多路开关选通电容式触觉传感器的触觉单元并进行阵列式扫描，通过SPI通信读取PCap01的测量结果后通过USB通信将数据传输给上位机，在上位机中以三维柱状图和曲面

3、图动态显示电容式触觉传感器表面的受力情况，系统的采样速率可达15帧/秒．实验结果表明，设计的信号检测系统可以满足电容式触觉传感器的需求，通过采集的数据可以获取电容式触觉传感器表面的受力信息．关键词:触觉传感器;PCap01;阵列触觉;信号检测系统中图分类号:TH212．1文献标志码:A文章编号:1672-6030(2015)01-0028-06DesignofSignalDetectionSystemofCapacitiveTactileSensorArraySunYixin，ZhongYing，WangXianghong，LiXingfei(State

4、KeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments(TianjinUniversity)，Tianjin300072，China)Abstract:Theresolution，stability，andsignalnoiseratio(SNＲ)ofthecapacitivetactilesensorarrayareinfluencedbythecorrespondingsignaldetectionsystem．Thesignaldetectionsystemofacapacitivetac

5、tilesensorarrayisdesignedbasedonthecommercialcapacitancedigitalconvertor(CDC)namedPCap01．Thesystemproposedismainlycomposedofafield-programmablegatearray(FPGA)，aPCap01and6multiplexers．AfterswitchingtherowandcolumnmultiplexerssequentiallybyFPGA，thecapacitanceofeachelementofthetacti

6、lesensorismeasuredbyPCap01．Afterallelementsofthetactilesensorarrayaremeasured，FPGAtransmitsthedatatohostcomputerbyframe．Theresultisdisplayedin3Dbargraphandsurfacegraphinthehostcomputerdynamically．Thesamplingfrequencyisupto15frames/s．Experimentsshowthattheforcedistributionisobtain

7、edbythecapacitivetactilesensorarrayandthatthesignaldetectionsystemmeetstheneedofthetactilesensor．Keywords:tactilesensorarray;PCap01;tactilearray;signaldetectionsystem触觉可以获得物体表面的一些几何特征和物理特式，其中电容式触觉传感器因为温漂小、灵敏度高等优性，包括硬度、形貌、粗糙度、弹性、材质等．随着仿生学点，一直是这一领域的研究热点．从实用性角度出发，的发展，触觉传感器在机器人仿生、医疗器

8、械、体育训触觉传感器应具有分辨力高、量程大、稳定性好、噪声［1-5］练、人体工程