一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置製造方法
2023-05-05 07:37:06
一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置，屬於人機互動和虛擬實境領域。由三部分組成：由兩個加法器和一個相位寄存器組成的相位累加器、數據存儲器、D/A轉換器組成的波形產生單元；由低通濾波器和D/A控制器組成的信號調理單元；以高壓放大晶片PA90為核心的高壓放大單元。本發明公開的脈衝電壓信號生成裝置主要用於靜電力觸覺再現系統，可以產生正弦波、調幅波、高斯波等多種波形，電路簡單，易於實現，且具有高頻率、高幅值、低功耗且智能可調的特點。
【專利說明】—種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於人機互動和虛擬實境領域，具體實現了一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成技術。
【背景技術】
[0002]基於靜電力觸覺再現系統是當代人機互動和虛擬實境領域研究的前沿，是實現可攜式觸覺再現裝置公認的最好形式之一，也是當前國內外研究的重要方向。而實現這一項技術的首要關鍵任務就是要研究出作用於該觸覺再現裝置的脈衝電壓信號生成裝置。
[0003]早期的信號發生器主要是利用模擬技術來實現，藉助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為震蕩迴路產生正弦波或是其他波形。而對于波形頻率的控制主要是由機械驅動可變元件如電容器或者是諧振腔來實現，調節範圍受到了很大的限制。隨著數位技術的日益發展，大部分的信號發生器不再採用機械驅動而是數字電路，從一個頻率基準發展到由數字合成電路產生的可變頻率信號，調製方式也變得複雜。直接數字頻率合成(DDS)技術就是在七十年代提出的，這是一種從相位概念出發新型頻率合成技術，但是由於當時微電子技術和數位訊號處理技術都不成熟，直接數字頻率合成技術也沒有得到重視。
[0004]自80年代以來，各國都在研製和發展各自的DDS產品，但是現存的信號發生器輸出的信號波形比較單一，信號的幅度也不是很高，而且很難產生調幅波，高斯波等複雜波形。本發明設計的脈衝電壓信號發生裝置不僅可以產生調幅波、高斯波、正弦波等多種波形，頻率範圍較廣，信號的峰峰值較高，頻率、波形和幅值在一定範圍內均是智能可調的。靜電力觸覺再現系統測試通過改變加載到觸覺再現面板的透明導電極板上的驅動電壓，改變手指上感應電荷以及手指所受到的靜電力，從而改變手指在觸覺面板上滑動時所有的摩擦力，手指皮膚受力而變形，從而感受到相應的觸覺感受。為了能夠更加細膩地將各種紋理通過觸覺體現出來，施加在透明導電極板上的電壓信號必須具有更加豐富地變化，因此，本發明設計的脈衝電壓信號發生裝置完全適用於靜電力觸覺再現系統。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置，目的是產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調幅波、脈衝波、高斯波等多種波形，頻率範圍為ΙΟΗζΙΟΚΗζ，峰峰值為10V100V，運用於靜電力觸覺再現系統，為靜電力觸覺再現裝置提供多樣穩定的激勵信號。
[0006]本發明採取的技術方案是:包括:波形產生單元，信號調理單元，高壓放大器，晶體振蕩器；
所述波形產生單元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、數據ROM順序電連接，其中:
(1)加法器一:接收控制器發送的頻率控制字，並與相位寄存器中的值相加；
(2)相位寄存器:存儲相位序列碼；
(3)加法器二:接收控制器發送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，並且與加法器一、相位寄存器組成一個相位累加器；
(4)數據ROM:與加法器二相連，並將相位序列碼轉換成離散的幅值序列碼；
所述信號調理單元是由D/A數模轉換器、低通濾波器、D/A幅度控制器順序電連接，其中:
(1)D/A數模轉換器:將數據ROM中存儲的幅度序列碼轉換成模擬信號；
(2)低通濾波器1023:濾除信號中的諧波以及尖峰脈衝，得到較為平滑的波形；
(3)D/A幅度控制器1022:改變D/A晶片的參考電壓，實現對幅度的控制；
高壓放大單元與D/A幅度控制器連接:是以高壓放大晶片PA90實現，將信號的峰峰值放大到400V ；
晶體振蕩器分別與相位寄存器、D/A數模轉換器、D/A幅度控制器連接。
[0007]本發明設計的脈衝電壓信號發生裝置不僅可以正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調幅波、脈衝波、高斯波等多種波形，頻率範圍為20— 20KHz，信號的峰值高達400V，整個過程容易實現，電路簡單易於集成，頻率、波形和幅值在一定範圍內均是智能可調的。靜電力觸覺再現系統測試通過改變加載到觸覺再現面板的透明導電極板上的驅動電壓，改變手指上感應電荷以及手指所受到的靜電力，從而改變手指在觸覺面板上滑動時所有的摩擦力，手指皮膚受力而變形，從而感受到相應的觸覺感受。為了能夠更加細膩地將各種紋理通過觸覺體現出來，施加在透明導電極板上的電壓信號必須具有更加豐富地變化，因此，本發明設計的脈衝電壓信號發生裝置完全適用於靜電力觸覺再現系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0009]本發明包括:波形產生單元101，信號調理單元102，高壓放大器103，晶體振蕩器104 ；
所述波形產生單元101是由加法器一 1011、相位寄存器1012、加法器二 1013、數據R0M1014順序電連接，其中:
(1)加法器一1011:接收控制器發送的頻率控制字，並與相位寄存器中的值相加；
(2)相位寄存器1012:存儲相位序列碼；
(3)加法器二1013:接收控制器發送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，並且與加法器一、相位寄存器組成一個相位累加器；
(4)數據R0M1014:與加法器二相連，並將相位序列碼轉換成離散的幅值序列碼；
所述信號調理單元102是由D/A數模轉換器1021、低通濾波器1023、D/A幅度控制器
1022順序電連接，其中:
(1)D/A數模轉換器1021:將數據ROM中存儲的幅度序列碼轉換成模擬信號；
(2)低通濾波器1023:濾除信號中的諧波以及尖峰脈衝，得到較為平滑的波形；
(3)D/A幅度控制器1022:改變D/A晶片的參考電壓，實現對幅度的控制；
高壓放大單元103與D/A幅度控制器1022連接:是以高壓放大晶片PA90實現，將信號的峰峰值放大到400V ；晶體振蕩器104分別與相位寄存器1012、D/A數模轉換器1021、D/A幅度控制器1022連接。
[0010]電路工作原理:加法器一和加法器二分別接收DSP控制器發送來的頻率控制字和相位控制字，加法器一和加法器二中的數值與相位累加器中存儲的數值相加，且按照相位寄存器中的初始值進行累加，假如相位寄存器的位數是N，那麼經過2N個時鐘周期之後返回至初始值，而晶體振蕩器104則為相位累加器、D/A轉換器和D/A控制器提供參考時鐘；力口法器二輸出的是一系列相位序列碼信息，而數據ROM則是將相位序列碼信息轉換成幅度序列碼信息，通過D/A轉換器將離散的幅度序列碼信息轉換成模擬信號，然後對模擬信號進行濾波處理；D/A控制器主要是通過變化的參考電壓對信號的幅度進行控制，實現對信號幅度的智能可調；為了實現更加細膩的觸覺感受，需要高幅值且變化範圍廣的激勵信號，因此利用高壓放大器將D/A控制器輸出的電壓信號幅度放大到400V。
【權利要求】
1.一種用於靜電力觸覺再現的脈衝電壓信號生成裝置，其特徵在於包括:波形產生單元，信號調理單元，高壓放大器，晶體振蕩器； 所述波形產生單元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、數據ROM順序電連接，其中: (1)加法器一:接收控制器發送的頻率控制字，並與相位寄存器中的值相加； (2)相位寄存器:存儲相位序列碼； (3)加法器二:接收控制器發送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，並且與加法器一、相位寄存器組成一個相位累加器； (4)數據ROM:與加法器二相連，並將相位序列碼轉換成離散的幅值序列碼； 所述信號調理單元是由D/A數模轉換器、低通濾波器、D/A幅度控制器順序電連接，其中: (1)D/A數模轉換器:將數據ROM中存儲的幅度序列碼轉換成模擬信號； (2)低通濾波器1023:濾除信號中的諧波以及尖峰脈衝，得到較為平滑的波形； (3)D/A幅度控制器1022:改變D/A晶片的參考電壓，實現對幅度的控制； 高壓放大單元與D/A幅度控制器連接，晶體振蕩器分別與相位寄存器、D/A數模轉換器、D/A幅度控制器連接。
【文檔編號】G06F3/01GK104238753SQ201410481628
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月21日 優先權日:2014年9月21日
【發明者】孫曉穎, 龍慧, 董楊瑞, 王慶龍, 吳賽文, 王婷婷, 燕學智, 陳建 申請人:長春吉大博碩科技有限責任公司