本文關(guān)鍵詞：靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號合成技術(shù)研究

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【摘要】：靜電力觸覺再現(xiàn)利用靜電感應(yīng)原理通過改變手指和觸覺再現(xiàn)面板交互界面的壓力和摩擦力來再現(xiàn)不同的表面觸覺特性,能夠在普通觸摸屏表面實現(xiàn)裸指觸覺再現(xiàn),在人機交互和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。目前靜電力觸覺再現(xiàn)技術(shù)的研究多集中在觸覺再現(xiàn)設(shè)備以及圖像觸覺渲染算法等方面,而靜電力觸覺再現(xiàn)產(chǎn)生機理及觸覺力的量化表征等方面還有待于進一步深入研究。本文研究靜電力觸覺再現(xiàn)原理、系統(tǒng)建模以及驅(qū)動信號合成技術(shù),在DSP平臺上實現(xiàn)驅(qū)動信號合成,并搭建靜電力測量平臺,通過實際測量靜電力客觀定量地研究靜電力和驅(qū)動信號的映射關(guān)系,由驅(qū)動信號的合成實現(xiàn)靜電力的合成,為靜電力觸覺再現(xiàn)理論研究以及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。本文的主要工作內(nèi)容如下:(1)在分析靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)組成及基本原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合手指皮膚生物電特性建立了靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)模型,針對系統(tǒng)模型利用靜電場理論和電路原理進行理論分析,獲取觸覺靜電力和驅(qū)動信號之間的定量關(guān)系。(2)在分析直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)原理及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計了靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號合成方案,以DSP為主控芯片實現(xiàn)DDS結(jié)構(gòu)中的相位累加器和波形ROM表,結(jié)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成模擬階梯波形,通過低通濾波器對波形進行平滑處理,最后經(jīng)過幅值放大生成高幅值的靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號,并根據(jù)此方案在考慮電磁兼容及信號完整性的基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)了靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號合成硬件電路。(3)在靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號合成硬件電路的基礎(chǔ)上開發(fā)了波形合成及串口通信程序。波形合成程序首先根據(jù)驅(qū)動信號頻率和采樣頻率確定頻率控制字,相位累加器不斷對頻率控制字進行累加獲取周期變化的波形相位,利用波形ROM表進行相幅轉(zhuǎn)換得到波形相位對應(yīng)的幅值數(shù)字量,DSP將幅值數(shù)字量按照采樣頻率送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形。串口通信程序?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動信號幅值、頻率等參數(shù)的設(shè)置工作,給出了調(diào)制波形的數(shù)字調(diào)制方法和程序?qū)崿F(xiàn),開發(fā)了上位機驅(qū)動信號參數(shù)設(shè)置軟件程序,并對合成的驅(qū)動信號進行了測試。(4)搭建靜電力測量裝置,測量交互過程中不同驅(qū)動信號作用下手指受到的靜電力,通過對考慮手指皮膚生物電特性的系統(tǒng)模型進行仿真以及實際測量靜電力研究了系統(tǒng)模型的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng),獲取靜電力與驅(qū)動信號頻率及幅值的定量關(guān)系,驗證靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)等效模型的有效性,研究了脈沖信號極性以及占空比對靜電力的影響,并給出了脈沖信號低功耗的參數(shù)設(shè)計方案,此外,還研究了調(diào)幅信號對靜電力的影響。本文的主要貢獻及創(chuàng)新如下:(1)建立靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)等效物理模型,解決了觸覺力的客觀定量求解問題,搭建靜電力測量平臺,解決了手指和觸覺面板間靜電力的測量問題。(2)研究了靜電力和驅(qū)動信號不同參數(shù)的定量映射關(guān)系,由驅(qū)動信號的合成實現(xiàn)觸覺力的合成。(3)設(shè)計了靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號合成方案及流程并實現(xiàn)了硬件電路及軟件程序,實現(xiàn)了靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號的合成。上述工作為靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)分析、驅(qū)動信號合成以及觸覺靜電力合成提供了方案,有一定的理論和應(yīng)用參考價值。
【關(guān)鍵詞】：靜電力 觸覺再現(xiàn) 直接數(shù)字頻率合成技術(shù) 驅(qū)動信號合成 數(shù)字調(diào)制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 研究內(nèi)容及論文安排16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-19
• 第2章 靜電力觸覺再現(xiàn)原理及驅(qū)動信號合成原理19-27
• 2.1 靜電力觸覺再現(xiàn)原理19-20
• 2.2 靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)模型20-22
• 2.3 驅(qū)動信號合成原理22-24
• 2.4 理想情況DDS頻譜分析24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 驅(qū)動信號合成硬件電路設(shè)計27-45
• 3.1 驅(qū)動信號合成總體方案設(shè)計27-28
• 3.1.1 驅(qū)動信號合成設(shè)計指標27-28
• 3.1.2 驅(qū)動信號合成設(shè)計方案28
• 3.2 單元電路設(shè)計28-39
• 3.2.1 核心處理單元28-31
• 3.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路31-33
• 3.2.3 運算放大電路33-34
• 3.2.4 低通濾波電路34-35
• 3.2.5 幅值放大電路35-36
• 3.2.6 串口通信電路36-37
• 3.2.7 電源電路37-39
• 3.3 PCB電路板設(shè)計39-40
• 3.4 小型化電路設(shè)計40-44
• 3.4.1 單片機最小系統(tǒng)41
• 3.4.2 直流升壓電路設(shè)計41-42
• 3.4.3 高壓輸出電路設(shè)計42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第4章 驅(qū)動信號合成軟件程序設(shè)計及系統(tǒng)測試45-53
• 4.1 DSP波形合成及通信程序設(shè)計45-49
• 4.1.1 CCS集成開發(fā)環(huán)境45
• 4.1.2 DSP主程序設(shè)計45-46
• 4.1.3 DSP波形合成程序設(shè)計46-48
• 4.1.4 串口通信程序設(shè)計48-49
• 4.2 上位機波形參數(shù)設(shè)置軟件程序設(shè)計49-50
• 4.2.1 Qt應(yīng)用程序開發(fā)框架49
• 4.2.2 波形參數(shù)設(shè)置軟件程序設(shè)計49-50
• 4.3 靜電力觸覺再現(xiàn)驅(qū)動信號測試50-52
• 4.3.1 典型信號波形測試50-51
• 4.3.2 頻率和幅度測試51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 觸覺靜電力仿真及測量分析53-67
• 5.1 靜電力測量平臺及測量方法53-55
• 5.2 觸覺靜電力仿真及測量分析55-65
• 5.2.1 系統(tǒng)等效模型的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)55-57
• 5.2.2 靜電力與驅(qū)動信號幅值和頻率的關(guān)系57-59
• 5.2.3 脈沖信號極性對觸覺靜電力的影響59-61
• 5.2.4 脈沖信號占空比對觸覺靜電力的影響61-63
• 5.2.5 調(diào)幅信號對觸覺靜電力的影響63-65
• 5.3 本章小結(jié)65-67
• 第6章 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻69-74
• 作者簡介及科研成果74-75
• 致謝75

【參考文獻】

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本文編號：1063409