壓電式六維力測量儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究.pdf

1、六維力/力矩傳感器是感知物體在三維空間中三維力和三維力矩的傳感、測量裝置。由于具有全時空、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，六維力傳感技術(shù)已融入各行各業(yè)，在陸、海、空、天等各個領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。其中壓電式六維力傳感器其性能更為出眾，在線性度、固有頻率等性能指標(biāo)上與其它類型的六維力傳感器相比具有一定優(yōu)勢。由于壓電式六維力傳感器采用了壓電原理制作而成，而且采用了特殊的八點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，所以在后期測量上需要特殊設(shè)備進(jìn)行測量。傳統(tǒng)測量手段，要么測量步驟繁瑣復(fù)

2、雜，要么測量設(shè)備笨重功能單一且成本高，無法實(shí)現(xiàn)快速、便捷的實(shí)時測量。由于上述原因造成了壓電式六維力傳感器實(shí)用化困難。本文研究了平板式壓電六維力傳感器，并提出了基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的解決方案；針對多路信號同步采集以及后臺多任務(wù)處理等技術(shù)難題，采用了單A/D多路同步采集技術(shù)及植入實(shí)時操作系統(tǒng)來解決。具體表現(xiàn)在對平板式壓電六維力傳感器的傳感機(jī)理及輸出信號進(jìn)行了研究，提出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，并對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評估；對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功

3、能進(jìn)行了需求分析，設(shè)計(jì)了基于FreeRTOS嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案，對必要的中間件進(jìn)行了移植以及嵌入，對系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行分析，將系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行了合理分配，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；搭建了測量儀的測試環(huán)境，并進(jìn)行了測量儀的基本功能測試實(shí)驗(yàn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①研究了壓電式六維力傳感器的傳感原理，并對傳感器輸出信號的的特性進(jìn)行詳細(xì)研究。分析了整體設(shè)計(jì)需求，隨后確定了總體的硬件設(shè)計(jì)方案，采用了ADI的真雙極性AD7606實(shí)現(xiàn)

4、了單A/D多路信號同步采樣技術(shù)，其余模塊設(shè)計(jì)都采用了目前主流的設(shè)計(jì)方案。②對壓電式六維力測量儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行了分析，摒棄了傳統(tǒng)超級循環(huán)的軟件設(shè)計(jì)框架，選取了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的方案。移植了目前業(yè)界使用率最高的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)FreeRTOS，同時對圖形化界面emWin，文件系統(tǒng)FatFs進(jìn)行了移植，并且根據(jù)采集系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行了修改嵌入。在環(huán)境測量模塊功能中嵌入了物聯(lián)網(wǎng)功能，與中移物聯(lián)網(wǎng)平臺OneNET進(jìn)行了數(shù)據(jù)對接，同