一種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成裝置，屬于人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。由三部分組成：由兩個(gè)加法器和一個(gè)相位寄存器組成的相位累加器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器組成的波形產(chǎn)生單元；由低通濾波器和D/A控制器組成的信號(hào)調(diào)理單元；以高壓放大芯片PA90為核心的高壓放大單元。本實(shí)用新型公開的脈沖電壓信號(hào)生成裝置主要用于靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)，可以產(chǎn)生正弦波、調(diào)幅波、高斯波等多種波形，電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且具有高頻率、高幅值、低功耗且智能可調(diào)的特點(diǎn)。
【專利說明】—種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，具體實(shí)現(xiàn)了一種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]基于靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)是當(dāng)代人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域研究的前沿，是實(shí)現(xiàn)便攜式觸覺再現(xiàn)裝置公認(rèn)的最好形式之一，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的重要方向。而實(shí)現(xiàn)這一項(xiàng)技術(shù)的首要關(guān)鍵任務(wù)就是要研究出作用于該觸覺再現(xiàn)裝置的脈沖電壓信號(hào)生成裝置。
[0003]早期的信號(hào)發(fā)生器主要是利用模擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，借助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為震蕩回路產(chǎn)生正弦波或是其他波形。而對(duì)于波形頻率的控制主要是由機(jī)械驅(qū)動(dòng)可變?cè)珉娙萜骰蛘呤侵C振腔來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍受到了很大的限制。隨著數(shù)字技術(shù)的日益發(fā)展，大部分的信號(hào)發(fā)生器不再采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)而是數(shù)字電路，從一個(gè)頻率基準(zhǔn)發(fā)展到由數(shù)字合成電路產(chǎn)生的可變頻率信號(hào)，調(diào)制方式也變得復(fù)雜。直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)就是在七十年代提出的，這是一種從相位概念出發(fā)新型頻率合成技術(shù)，但是由于當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)都不成熟，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)也沒有得到重視。
[0004]自80年代以來，各國(guó)都在研制和發(fā)展各自的DDS產(chǎn)品，但是現(xiàn)存的信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)波形比較單一，信號(hào)的幅度也不是很高，而且很難產(chǎn)生調(diào)幅波，高斯波等復(fù)雜波形。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的脈沖電壓信號(hào)發(fā)生裝置不僅可以產(chǎn)生調(diào)幅波、高斯波、正弦波等多種波形，頻率范圍較廣，信號(hào)的峰峰值較高，頻率、波形和幅值在一定范圍內(nèi)均是智能可調(diào)的。靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試通過改變加載到觸覺再現(xiàn)面板的透明導(dǎo)電極板上的驅(qū)動(dòng)電壓，改變手指上感應(yīng)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(dòng)時(shí)所有的摩擦力，手指皮膚受力而變形，從而感受到相應(yīng)的觸覺感受。為了能夠更加細(xì)膩地將各種紋理通過觸覺體現(xiàn)出來，施加在透明導(dǎo)電極板上的電壓信號(hào)必須具有更加豐富地變化，因此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的脈沖電壓信號(hào)發(fā)生裝置完全適用于靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成裝置，目的是產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調(diào)幅波、脈沖波、高斯波等多種波形，頻率范圍為10Hf20KHz，峰峰值為10V100V，運(yùn)用于靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)，為靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提供多樣穩(wěn)定的激勵(lì)信號(hào)。
[0006]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:包括:波形產(chǎn)生單元，信號(hào)調(diào)理單元，高壓放大器，晶體振蕩器；
[0007]所述波形產(chǎn)生單元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、數(shù)據(jù)ROM順序電連接，其中:
[0008](1)加法器一:接收控制器發(fā)送的頻率控制字，并與相位寄存器中的值相加；
[0009](2)相位寄存器:存儲(chǔ)相位序列碼；
[0010](3)加法器二:接收控制器發(fā)送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，并且與加法器一、相位寄存器組成一個(gè)相位累加器；
[0011](4)數(shù)據(jù)ROM:與加法器二相連，并將相位序列碼轉(zhuǎn)換成離散的幅值序列碼；
[0012]所述信號(hào)調(diào)理單元是由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、D/A幅度控制器順序電連接，其中:
[0013](1)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器:將數(shù)據(jù)ROM中存儲(chǔ)的幅度序列碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；
[0014](2)低通濾波器1023:濾除信號(hào)中的諧波以及尖峰脈沖，得到較為平滑的波形；
[0015](3) D/A幅度控制器1022:改變D/A芯片的參考電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)幅度的控制；
[0016]高壓放大單元與D/A幅度控制器連接:是以高壓放大芯片PA90實(shí)現(xiàn)，將信號(hào)的峰峰值放大到400V ；
[0017]晶體振蕩器分別與相位寄存器、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、D/A幅度控制器連接。
[0018]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的脈沖電壓信號(hào)發(fā)生裝置不僅可以正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調(diào)幅波、脈沖波、高斯波等多種波形，頻率范圍為20— 20KHz，信號(hào)的峰值高達(dá)400V，整個(gè)過程容易實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單易于集成，頻率、波形和幅值在一定范圍內(nèi)均是智能可調(diào)的。靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試通過改變加載到觸覺再現(xiàn)面板的透明導(dǎo)電極板上的驅(qū)動(dòng)電壓，改變手指上感應(yīng)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(dòng)時(shí)所有的摩擦力，手指皮膚受力而變形，從而感受到相應(yīng)的觸覺感受。為了能夠更加細(xì)膩地將各種紋理通過觸覺體現(xiàn)出來，施加在透明導(dǎo)電極板上的電壓信號(hào)必須具有更加豐富地變化，因此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的脈沖電壓信號(hào)發(fā)生裝置完全適用于靜電力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)用新型包括:波形產(chǎn)生單元101，信號(hào)調(diào)理單元102，高壓放大器103，晶體振蕩器104 ；
[0021]所述波形產(chǎn)生單元101是由加法器一 1011、相位寄存器1012、加法器二 1013、數(shù)據(jù)R0M1014順序電連接，其中:
[0022](1)加法器一 1011:接收控制器發(fā)送的頻率控制字，并與相位寄存器中的值相加；
[0023](2)相位寄存器1012:存儲(chǔ)相位序列碼；
[0024](3)加法器二 1013:接收控制器發(fā)送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，并且與加法器一、相位寄存器組成一個(gè)相位累加器；
[0025](4)數(shù)據(jù)R0M1014:與加法器二相連，并將相位序列碼轉(zhuǎn)換成離散的幅值序列碼；
[0026]所述信號(hào)調(diào)理單元102是由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器1021、低通濾波器1023、D/A幅度控制器1022順序電連接，其中:
[0027](1)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器1021:將數(shù)據(jù)ROM中存儲(chǔ)的幅度序列碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；
[0028](2)低通濾波器1023:濾除信號(hào)中的諧波以及尖峰脈沖，得到較為平滑的波形；
[0029](3) D/A幅度控制器1022:改變D/A芯片的參考電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)幅度的控制；
[0030]高壓放大單元103與D/A幅度控制器1022連接:是以高壓放大芯片PA90實(shí)現(xiàn)，將信號(hào)的峰峰值放大到400V ；
[0031]晶體振蕩器104分別與相位寄存器1012、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器1021、D/A幅度控制器1022連接。
[0032]電路工作原理:加法器一和加法器二分別接收DSP控制器發(fā)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(shù)值與相位累加器中存儲(chǔ)的數(shù)值相加，且按照相位寄存器中的初始值進(jìn)行累加，假如相位寄存器的位數(shù)是N，那么經(jīng)過2N個(gè)時(shí)鐘周期之后返回至初始值，而晶體振蕩器104則為相位累加器、D/A轉(zhuǎn)換器和D/A控制器提供參考時(shí)鐘；力口法器二輸出的是一系列相位序列碼信息，而數(shù)據(jù)ROM則是將相位序列碼信息轉(zhuǎn)換成幅度序列碼信息，通過D/A轉(zhuǎn)換器將離散的幅度序列碼信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理；D/A控制器主要是通過變化的參考電壓對(duì)信號(hào)的幅度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的智能可調(diào)；為了實(shí)現(xiàn)更加細(xì)膩的觸覺感受，需要高幅值且變化范圍廣的激勵(lì)信號(hào)，因此利用高壓放大器將D/A控制器輸出的電壓信號(hào)幅度放大到400V。
【權(quán)利要求】
1.一種用于靜電力觸覺再現(xiàn)的脈沖電壓信號(hào)生成裝置，其特征在于包括:波形產(chǎn)生單元，信號(hào)調(diào)理單元，高壓放大器，晶體振蕩器； 所述波形產(chǎn)生單元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、數(shù)據(jù)ROM順序電連接，其中: (1)加法器一:接收控制器發(fā)送的頻率控制字，并與相位寄存器中的值相加； (2)相位寄存器:存儲(chǔ)相位序列碼； (3)加法器二:接收控制器發(fā)送的相位控制字，使相位信息呈線性變化，并且與加法器一、相位寄存器組成一個(gè)相位累加器； (4)數(shù)據(jù)ROM:與加法器二相連，并將相位序列碼轉(zhuǎn)換成離散的幅值序列碼； 所述信號(hào)調(diào)理單元是由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)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(shù)模轉(zhuǎn)換器:將數(shù)據(jù)ROM中存儲(chǔ)的幅度序列碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)； (2)低通濾波器1023:濾除信號(hào)中的諧波以及尖峰脈沖，得到較為平滑的波形； (3)D/A幅度控制器1022:改變D/A芯片的參考電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shù)模轉(zhuǎn)換器、D/A幅度控制器連接。
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK204066013SQ201420541066
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月21日
【發(fā)明者】孫曉穎, 龍慧, 董楊瑞, 王慶龍, 吳賽文, 王婷婷, 燕學(xué)智, 陳建 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春吉大博碩科技有限責(zé)任公司