一种虚拟嗅觉气味生成装置的研发

摘要

虚拟嗅觉是指用户在与虚拟环境的人机交互过程中，虚拟环境可让用户闻到真实气味，是虚拟现实系统的重要组成部分，是虚拟现实研究领域的热点和难点[1，3]。越来越多的研究表明，虚拟嗅觉可极大地增强虚拟现实系统的感知性、沉浸性、交互性和构想性，可广泛应用于工业、医学、教育、娱乐和军事等许多领域[4]。本文创新设计且制造了一种虚拟嗅觉气味生成装置。
　　简要介绍了虚拟嗅觉研究的背景和意义后，第一章着重阐述了虚拟嗅觉气味生成装置的国内外研究现状，提炼出虚拟嗅觉气味生成装置发展趋势，明确了本文的研究目标，细化了研究内容。
　　第二章研制了一种可以生成三种不同气味的虚拟嗅觉气味生成装置的原型样机（正在申请专利）。首先，依据本文的研究目标，确定原型样机的整体研发方案;然后，设计出原型样机的机械结构，并对关键部件进行详细设计;接着，开展原型样机的零部件的加工和制造，装配出虚拟嗅觉气味生成装置的原型样机。
　　第三章研制了一个虚拟嗅觉气味生成装置控制系统（正在申请专利），以实现虚拟嗅觉气味生成装置原型样机的定量排气、定向送气等功能。首先，测量出气味瓶所需的压力，进而选定驱动源器件;然后，依据驱动源器件和虚拟嗅觉气味生成装置原型样机的功能目标，设计出虚拟嗅觉气味生成装置控制系统，包括主控制器、驱动源器件的驱动电路、风扇控制电路、串口电平转换电路等;接着，开展了虚拟嗅觉气味生成装置控制系统的测试。
　　第四章首先介绍了虚拟嗅觉气味生成装置与PC机的串口通信，实现了PC机与单片机的数据传输。然后设计了虚拟嗅觉气味生成装置的交互界面，进而，完成虚拟嗅觉气味生成装置机械本体和控制系统的集成。
　　第五章开展了虚拟嗅觉气味生成装置的性能测试，包括虚拟嗅觉气味生成的响应时间，步进电机控制系统的控制精度，以及视觉与嗅觉的体验评价等。结果表明虚拟嗅觉气味生成装置能实现气味的生成且实时性较好，适用于视觉与嗅觉融合的认知研究。
　　第六章对全文进行总结，并展望以后的研究工作。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 虚拟嗅觉气味生成装置国内外研究现状

1．2．1 国外虚拟嗅觉气味生成装置的研究现状

1．2．2 国内虚拟嗅觉气味生成装置的研究现状

1．3 虚拟嗅觉气味生成装置发展趋势

1．4 论文研究目标

1．5 论文研究内容

1．6 本章小结

第二章 虚拟嗅觉气味生成装置原型样机的研制

2．1 原型样机的整体研发方案

2．2 原型样机的机械结构

2．2．1 整体结构

2．2．2 定向送气结构

2．2．3 定量排气结构

2．2．4 支撑外壳结构

2．2．5 关键零部件的设计

2．3 原型样机的制造

2．3．1 关键零部件的制造

2．3．2 整体装配

2．4 本章小结

第三章 虚拟嗅觉气味生成装置控制系统的设计和测试

3．1 驱动元件选型

3．1．1 气味瓶所需的压力测量

3．1．2 驱动源器件的确定

3．2 虚拟嗅觉气味生成装置控制系统的设计

3．2．1 控制系统的整体构成

3．2．2 主控芯片C805F340

3．2．3 驱动源器件的驱动电路

3．2．4 步进电机驱动器

3．2．5 电源的选择

3．2．6 风扇控制电路

3．2．7 串口电平转换电路

3．2．8 仿真接口以及复位电路

3．3 虚拟嗅觉气味生成装置控制系统的测试

3．3．1 控制板的测试

3．3．2 控制电路板的性能测试

3．4 本章小结

第四章 虚拟嗅觉气味生成装置的串口通信设计

4．1 引言

4．2 UART串口通信

4．2．1 传送的数据格式

4．2．2 波特率的确定

4．2．3 通信协议

4．3 虚拟嗅觉气味生成装置软件开发

4．4 基于Labview的串口通信程序

4．4．1 串口通信

4．4．2 图片显示控制

4．5 基于Keil uVision3下位机程序编写

4．5．1 芯片初始化

4．5．2 步进电机控制实现

4．5．3 数据响应程序实现

4．5．4 主程序的编写以及实现

4．6 虚拟嗅觉气味生成装置软件界面显示

4．7 本章小结

第五章 虚拟嗅觉气味生成装置的性能测试

5．1 响应时间的测试

5．1．1 响应时间

5．1．2 响应时间测量方法

5．2 运动精度测量

5．2．1 丝杆螺母运动精度的测量方法

5．2．2 实验步骤

5．2．3 数据处理方法

5．2．4 实验数据及结果分析

5．3 喷发量和喷发浓度的确定

5．4 嗅觉视觉交互研究

5．4．1 实验内容

5．4．2 实验结果及分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附图1

攻读硕士学位期间参加的科研项目和成果