結合FPGA與DSP的仿人假手控制系統(tǒng)設計

　　拇指內(nèi)旋/外展自由度驅動電機由NIOS核中自定義元件PWM控制。元件功能通過VHDL語言編寫，PWM波周期和占空比均可調。電機驅動芯片采用MPC17531A，其內(nèi)部集成雙H橋，可直接控制直流有刷電機。

　　2.2手指運動控制模塊設計

　　五根手指的運動控制模塊采用相同的設計方案，增強系統(tǒng)的互換性與通用性。該模塊由DSP作為控制核心，直流有刷電機驅動芯片MPC17531A作為電機驅動芯片，負責手指電機的驅動，力矩傳感器、位置傳感器、電機電流傳感器信號的采集與處理，以及與觸覺傳感器系統(tǒng)的通信，最后各項數(shù)據(jù)通過RS—485通信接口與主控芯片模塊通信?？刂颇K如圖4.

　　圖4手指運動控制模塊功能框圖

　　該模塊采用的DSP TMS320F28027運行速率高，封裝小。內(nèi)部集成的16通道12位A/D轉換器可實現(xiàn)對力矩、位置、電機電流信號的采樣。串行異步通信接口通過RS—485收發(fā)接口芯片實現(xiàn)與主控芯片模塊通信。EPWM模塊可直接控制直流有刷電機驅動芯片MPC17531A.

　　如圖5，關節(jié)力矩傳感器信號采集系統(tǒng)包括力矩傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉換電路。力矩傳感器基于應變原理，采用儀表放大器INA337組成半橋電路對力矩信號進行放大后通過RC濾波電路進入A/D轉換芯片。

　　圖5力矩傳感器信號采集系統(tǒng)

　　如圖6，關節(jié)位置傳感器信號采集系統(tǒng)包括位置傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉換電路。位置傳感器基于旋轉電位器原理，采用集成運放MAX9618對電位器信號進行放大后通過RC濾波電路進入A/D轉換芯片。

　　圖6位置傳感器信號采集系統(tǒng)

　　2.3肌電信號采集模塊設計

　　肌電信號采集模塊用來采集肌電電極的信號以及對信號的濾波和D/A轉換后存儲在CPU中，包括RC電路組成的濾波電路、D/A轉換電路和電壓轉換電路。數(shù)字信號通過電壓轉換芯片轉換為3.3 V電壓，通過SPI接口輸入到CPU中央處理器。

　　2.4電池管理系統(tǒng)模塊設計

　　電池管理模塊包括電池、電流傳感器、蜂鳴器電路、LED顯示電路。電流傳感器實時監(jiān)測電池輸出電流大小，通過LED顯示電路和蜂鳴器電路顯示充電狀態(tài)和電池電量過低報警。