基于嵌入式计算机的穿戴型触觉感知数据背心的研制

摘要

触觉是重要的但目前未被充分利用的信息传输通道。与人的视觉和听觉相比，人的触觉感受器分布于人的全身，不需要人特别的关注就能产生连续不断的触觉感受。而且触觉刺激是一对一的，具有针对性等特点。 本文根据上述原理研制了一款基于嵌入式系统的穿戴型触觉感知数据背心。该装置利用触觉感知的特点可以将目标的态势信息转化为一定频率、幅值和节奏的振动触觉刺激，从而将一些战场上重要或复杂(如敌方目标方位等)的信息以非视觉的方式传递给使用者。该系统在战场中使用能指示战斗人员注意敌方目标方位，也大大减轻战斗人员的视、听觉负担，降低对视、听觉的依赖。此外，该装置还可用于盲人导航、汽车辅助驾驶以及野外探险等领域，具有较高的商业价值。 从系统功能的角度看，基于嵌入式的穿戴型触觉感知数据背心主要由态势信息采集模块、态势信息接收模块、态势信息处理模块和态势信息表达模块四个部分组成。而态势信息采集模块由数字罗盘和上位机两部分组成。该触觉感知数据背心的态势信息接收模块从数字罗盘采集穿戴者的姿态信息，当上位机向态势信息接收模块传输有效的目标方位信息时，态势信息处理模块将由态势信息接受模块传输来的目标态势信息按照既定的解码算法转换成确定的驱动信息，并驱动态势信息表达模块，实现外部态势信息到振动触觉信息的转换。 本文阐述了该触觉感知数据背心的软硬件设计思想。本设计以嵌入式系统为核心，实现了触觉感知数据背心的软硬件系统。并以此系统为平台，进行了振动器性能实验、人体生理阈值实验、触觉定位实验，并设计了基于此平台的上位机模拟软件。 基于嵌入式的穿戴型触觉感知数据背心符合人体工学和战场需要，且具有功耗低、体积小等优点。

目录

文摘

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声明

第一章 绪 论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要研究内容及工作

第二章 系统原理及方案论证

2.1态势信息采集模块

2.2态势信息接收模块

2.2.1态势信息采集模块与态势信息接收模块的接口

2.2.2态势信息接收模块与态势信息处理模块的接口

2.2.3 USB接口编程

2.3态势信息处理模块

2.4振动触觉表达模块

2.5触觉感知数据背心的供电电源

2.6本章小结

第三章 硬件设计与实现

3.1数字罗盘的选择

3.2态势信息采集模块设计

3.3核心解码模块设计

3.4振动触觉表达模块设计

3.5电源模块设计

3.5.1供电电源的选择

3.5.2电源模块设计

3.6本章小结

第四章 软件设计与实现

4.1系统软件设计概述

4.2态势信息采集模块软件设计

4.2.1人体姿态信息采集

4.2.2目标信息采集

4.2.3与核心解码模块通讯

4.3核心解码模块软件设计

4.3.1 uC/OS-Ⅱ的移植要求及主要工作

4.3.2 uC/OS-Ⅱ的移植步骤

4.3.3解码任务的运行

4.3.4态势信息的解码

4.4驱动模块软件设计

4.5上位机USB接口的软件解决方案

4.6本章小结

第五章实验研究

5.1人体生理振感阈值实验

5.1.1实验方案概述

5.1.2实验数据分析

5.2振动器性能测试实验

5.2.1实验方案概述

5.2.2实验数据分析

5.3触觉定位实验

5.3.1实验方案概述

5.3.2实验数据分析

5.4上位机模拟软件测试

5.4.1目标二维定位测试

5.4.2二维导航测试

5.4.3小结

第六章结 论

致 谢

参考文献

作者就读期间发表的论文