一種基于dsp的六自由度運動平臺姿態控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其主要技術特點是：包括DSP處理器、時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊、串口通訊模塊，所述的DSP處理器分別與時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊和串口通訊模塊相連接，所述的串口通訊模塊與視景計算機相連接用于接收汽車的運動參數，該串口通訊模塊還與伺服運動控制系統相連接輸出運動信號參數。本實用新型設計合理，其采用DSP處理器并通過兩個串行通訊接口分別于視景計算機和伺服運動控制系統進行通訊，實現了六自由度運動平臺的姿態控制功能，具有集成度高、實時性強、可靠性高、成本低廉、體積小、易安裝等優點，可廣泛用于汽車駕駛模擬系統中。
【專利說明】—種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于汽車駕駛模擬器【技術領域】，尤其是一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器。
【背景技術】
[0002]汽車駕駛模擬器是通過模擬駕駛艙和計算機實時生成汽車行駛過程中的虛擬視境、音響效果和運動仿真等駕駛環境，使學員沉浸在仿真駕駛環境中并有實車駕駛的感覺，以便訓練正確的駕駛操作。
[0003]傳統汽車駕駛模擬系統如圖1所示，主要由駕駛艙、六自由度運動平臺及其伺服運動控制系統、視景計算機、姿態控制計算機以及各種位移傳感器等構成。其中駕駛艙是由真車的駕駛室改造而成，包括液晶顯示器、聲響系統和車速、發動機轉速、左右轉向指示燈等各種儀表以及離合器踏板、制動踏板、加速踏板、啟動開關、方向盤等各種操縱機構；六自由度運動平臺采用液壓驅動方式，可以實現沿Χ、y方向的橫向和縱向平移、Z方向的升降運動以及沿X、Y、Z方向的翻轉、俯仰和旋轉運動；視景計算機為駕駛員提供實時虛擬三維場景，主要包括操縱信息輸入模塊、汽車動力學模塊、碰撞檢測模塊、視景驅動模塊以及通訊模塊等；姿態控制計算機實時響應來自視景計算機的運動數據，通過相應算法解算出六自由度運動平臺的目標位姿，并將這些參數傳輸給伺服運動控制系統，進一步控制平臺的運動。現有的姿態控制計算機通常采用PC機及其內部的軟件來實現解算控制功能，由于PC機價格昂貴、功耗較高、占用空間大且采用PC機來實現單一的解算功能，浪費了其資源，不能充分發揮PC機的功能。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種成本較低、集成度高、功耗低且體積小的基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器。
[0005]本實用新型解決現有的技術問題是采取以下技術方案實現的:
[0006]一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，包括DSP處理器、時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊、串口通訊模塊，所述的DSP處理器分別與時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊和串口通訊模塊相連接，所述的串口通訊模塊與視景計算機相連接用于接收汽車的運動參數，該串口通訊模塊還與伺服運動控制系統相連接輸出運動信號參數。
[0007]而且，所述的DSP處理器還連接一 JTAG仿真接口。
[0008]而且，所述的串行通訊模塊包括ΜΑΧ232驅動芯片和兩組串行通訊接口，兩組串行通訊接口分別與視景計算機和伺服運動控制系統相連接，該ΜΑΧ232驅動芯片與TMS320F2812芯片的通訊接口與相連接。[0009]而且，所述的DSP處理器采用TMS320F2812芯片。
[0010]而且，所述的電源模塊由TPS767D318電源芯片及其外圍電路構成。
[0011]本實用新型的優點和積極效果是:[0012]本實用新型設計合理，其采用DSP處理器并通過兩個串行通訊接口分別于視景計算機和伺服運動控制系統進行通訊，實現了六自由度運動平臺的姿態控制功能，具有集成度高、實時性強、可靠性高、成本低廉、體積小、易安裝等優點，可廣泛用于汽車駕駛模擬系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是現有汽車駕駛模擬系統的連接示意圖；
[0014]圖2是本實用新型的電路方框圖；
[0015]圖3是時鐘模塊的電路圖；
[0016]圖4是電源模塊的電路圖；
[0017]圖5是外部RAM模塊的電路圖；
[0018]圖6是串口通訊模塊的電路圖；
[0019]圖7是JTAG仿真接口模塊的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述。
[0021]一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，如圖2所示，包括DSP處理器及其外圍電路構成，具體包括DSP處理器、時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊、串口通訊模塊和JTAG仿真接口模塊，DSP處理器分別與時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊、串口通訊模塊和JTAG仿真接口模塊相連接。所述的DSP處理器通過串行通訊模塊與視景計算機相連接用于接收汽車的運動參數，DSP處理器通過串行通訊模塊與伺服運動控制系統相連接輸出運動信號參數用于控制伺服運動控制系統。上述電路安裝在PCB電路板上，該PCB電路板采用四層板結構，將電源和地分別設為一層，數字地、模擬地分開，單點連接，同層上的多個電源、地用隔離帶分割。下面分別對各個部分進行說明:
[0022]控制器的核心部分為DSP處理器，在本實施例中，DSP處理器采用TI公司的TMS320F2812芯片，TMS320F2812是一種采用靜態CMOS技術設計制造的低價格、高性能的定點DSP芯片。TMS320F2812系統時鐘最大可達150MHz，指令周期最短可達6.67ns，具有外部存儲器接口和兩個標準的串行通訊接口 SCKSerial Peripheral Interface),具有強大的數字信號處理能力，能夠出色的完成對六自由度運動平臺驅動信號的實時解算。
[0023]如圖3所示，時鐘電路模塊使用內部振蕩器，即在DSP芯片的X1/XCLKIN和X2引腳之間連接一個石英晶體和兩個電容，利用DSP芯片內部的振蕩電路組成并聯諧振電路，產生與外加晶體同頻率的時鐘信號。兩個電容一般在10?30pF之間選擇，它們可對時鐘頻率起到微調作用。石英晶體的頻率等于DSP芯片的主頻X80%X25%，即GPAl的頻率=135MHz X 80%X 25%=27MHz，故選取30MHz的晶體，能夠滿足DSP芯片的工作要求，兩個電容分別選取10pF。
[0024]由于TMS320F2812的核心電壓是1.8V，I/O 口電壓是3.3V。為保證芯片正常工作，必須進行電源轉換提供這兩種工作電壓，本實施例中，電源模塊選用TI公司生產的TPS767D318電源芯片進行電壓轉換。該電源模塊的電路如圖4所示，外部提供純凈的5V電源輸入，為了提高可靠性，再經過一個IuF的極性電容濾波后進入電源芯片TPS767D318，1.8V、3.3V的使能端接地，建立起雙電壓。輸出電壓經過33 μ F極性電容和一個鐵氧化體磁珠濾波后提供DSP的電源電壓。當輸出1.8V或3.3V下降5%時，TPS767D318產生復位信號并保持200ms，經過一個與門輸出使DSP復位。這樣就保證了 TMS320F2812在可靠性電源下工作。TPS767D318底面還采用了能夠在器件與電路板之間建立高效散熱接觸的散熱墊，因而可提供更好的散熱特性。
[0025]由于數據采樣率較高，數字信號的處理方法復雜，使得數據量和程序代碼大大增加，DSP芯片內部的片內RAM無法滿足實際需要，所以控制器采用64KX 16位的片外RAM存儲器，該外部RAM模塊的電路如圖5所示。TMS320F2812的外部存儲器接口可分為5個固定的存儲器映像區域，每個外部接口 XINTF都有一個片選信號，用于訪問某一個特定的區域。其中區0、1空間為8KX 16位，區2、6空間為0.5MX 16位，區7為16KX 16位，且內部包含了 BootROM裝載程序。為使擴展空間數量達到需要值，本設計選擇使用XINTF的區2，為此使用7 XINTF片選信號/XZCS2。它與XA18 一起控制著IS61LV6416的片選。IS61LV6416是64KX 16位的高速靜態隨機存儲器芯片，它采用CMOS工藝制造，單一 +3.3V供電，最短存取時間是8ns。由于DSP采用統一尋址方式，IS61LV6416既可作為數據存儲器，也可作為程序存儲器。SN74HC32是TI公司生產的四2輸入正或門。/XZCS2和XA18通過它控制進入/CE的信號。只有當兩者為信號低即/CE為低時，IS61LV6416才被選中。
[0026]如圖6所示，串行通訊模塊包括MAX232驅動芯片和兩組異步串行通訊接口 UART-A和UART-B，該MAX232驅動芯片與TMS320F2812的串行通訊接口相連接。MAX232驅動芯片具有功耗低，集成度高，+3.3V供電，實現兩組接收和發送功能。本實施例中包括兩組串行通訊接口(UART-A 和 UART-B)，其中 TMS320F2812 芯片的 SCITXDA、SCIRXDA 引腳作為 UART-A接口的發送數據和接收數據引腳；SCITXDB、SCIRXDB引腳作為UART-B接口的發送數據和接收數據引腳。UART-A接口負責與視景計算機進行通訊，UART-A接口負責與伺服運動控制系統進行通訊。
[0027]TMS320F2812芯片內置了符合國際標準的JTAG邏輯測試口。仿真電纜和JTAG測試口的連接通過一個14針的仿真頭來實現，仿真頭上的信號連接關系如圖7所示。其中TDI和TDO是測試數據的輸入和輸出，TMS是測試模式的選擇，TCK和/TEST是測試時鐘的輸出和返回。
[0028]DSP處理器內通過串口 UART-A從視景計算機接收汽車的運動參數(3個軸向線加速度，3個角速度、角加速度和平臺位姿歐拉角),經坐標變換,高、底通數字濾波,信號洗出、限制及積分、角度合成，得到平臺運動控制系統能識別的運動信號參數(縱向位移、橫向位移、垂直位移、滾翻角度、俯仰角度、偏航角度)，然后將數據通過串口 UART-B將數據傳輸到平臺運動伺服運動控制系統，用于控制六自由度運動平臺模擬實現汽車的動作，給駕駛員以逼真的駕駛感覺。
[0029]需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其特征在于:包括DSP處理器、時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊、串口通訊模塊，所述的DSP處理器分別與時鐘模塊、電源模塊、外部RAM模塊和串口通訊模塊相連接，所述的串口通訊模塊與視景計算機相連接用于接收汽車的運動參數，該串口通訊模塊還與伺服運動控制系統相連接輸出運動信號參數。
2.根據權利要求1所述的一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其特征在于:所述的DSP處理器還連接一 JTAG仿真接口。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其特征在于:所述的串行通訊模塊包括MAX232驅動芯片和兩組串行通訊接口，兩組串行通訊接口分別與視景計算機和伺服運動控制系統相連接，該MAX232驅動芯片與TMS320F2812芯片的通訊接口與相連接。
4.根據權利要求1或2所述的一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其特征在于:所述的DSP處理器采用TMS320F2812芯片。
5.根據權利要求1或2所述的一種基于DSP的六自由度運動平臺姿態控制器，其特征在于:所述的電源模塊由TPS767D318電源芯片及其外圍電路構成。
【文檔編號】G05D1/08GK203720655SQ201420027924
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】胡德計, 李敬財, 王海濱 申請人:天津職業技術師范大學