CN203720655U - 一种基于dsp的六自由度运动平台姿态控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其主要技术特点是：包括DSP处理器、时钟模块、电源模块、外部RAM模块、串口通讯模块，所述的DSP处理器分别与时钟模块、电源模块、外部RAM模块和串口通讯模块相连接，所述的串口通讯模块与视景计算机相连接用于接收汽车的运动参数，该串口通讯模块还与伺服运动控制系统相连接输出运动信号参数。本实用新型设计合理，其采用DSP处理器并通过两个串行通讯接口分别于视景计算机和伺服运动控制系统进行通讯，实现了六自由度运动平台的姿态控制功能，具有集成度高、实时性强、可靠性高、成本低廉、体积小、易安装等优点，可广泛用于汽车驾驶模拟系统中。

Description

一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器

技术领域

本实用新型属于汽车驾驶模拟器技术领域，尤其是一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器。

背景技术

汽车驾驶模拟器是通过模拟驾驶舱和计算机实时生成汽车行驶过程中的虚拟视境、音响效果和运动仿真等驾驶环境，使学员沉浸在仿真驾驶环境中并有实车驾驶的感觉，以便训练正确的驾驶操作。

传统汽车驾驶模拟系统如图1所示，主要由驾驶舱、六自由度运动平台及其伺服运动控制系统、视景计算机、姿态控制计算机以及各种位移传感器等构成。其中驾驶舱是由真车的驾驶室改造而成，包括液晶显示器、声响系统和车速、发动机转速、左右转向指示灯等各种仪表以及离合器踏板、制动踏板、加速踏板、启动开关、方向盘等各种操纵机构；六自由度运动平台采用液压驱动方式，可以实现沿X、Y方向的横向和纵向平移、Z方向的升降运动以及沿X、Y、Z方向的翻转、俯仰和旋转运动；视景计算机为驾驶员提供实时虚拟三维场景，主要包括操纵信息输入模块、汽车动力学模块、碰撞检测模块、视景驱动模块以及通讯模块等；姿态控制计算机实时响应来自视景计算机的运动数据，通过相应算法解算出六自由度运动平台的目标位姿，并将这些参数传输给伺服运动控制系统，进一步控制平台的运动。现有的姿态控制计算机通常采用PC机及其内部的软件来实现解算控制功能，由于PC机价格昂贵、功耗较高、占用空间大且采用PC机来实现单一的解算功能，浪费了其资源，不能充分发挥PC机的功能。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本较低、集成度高、功耗低且体积小的基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器。

本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，包括DSP处理器、时钟模块、电源模块、外部RAM模块、串口通讯模块，所述的DSP处理器分别与时钟模块、电源模块、外部RAM模块和串口通讯模块相连接，所述的串口通讯模块与视景计算机相连接用于接收汽车的运动参数，该串口通讯模块还与伺服运动控制系统相连接输出运动信号参数。

而且，所述的DSP处理器还连接一JTAG仿真接口。

而且，所述的串行通讯模块包括MAX232驱动芯片和两组串行通讯接口，两组串行通讯接口分别与视景计算机和伺服运动控制系统相连接，该MAX232驱动芯片与TMS320F2812芯片的通讯接口与相连接。

而且，所述的DSP处理器采用TMS320F2812芯片。

而且，所述的电源模块由TPS767D318电源芯片及其外围电路构成。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型设计合理，其采用DSP处理器并通过两个串行通讯接口分别于视景计算机和伺服运动控制系统进行通讯，实现了六自由度运动平台的姿态控制功能，具有集成度高、实时性强、可靠性高、成本低廉、体积小、易安装等优点，可广泛用于汽车驾驶模拟系统中。

附图说明

图1是现有汽车驾驶模拟系统的连接示意图；

图2是本实用新型的电路方框图；

图3是时钟模块的电路图；

图4是电源模块的电路图；

图5是外部RAM模块的电路图；

图6是串口通讯模块的电路图；

图7是JTAG仿真接口模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。

一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，如图2所示，包括DSP处理器及其外围电路构成，具体包括DSP处理器、时钟模块、电源模块、外部RAM模块、串口通讯模块和JTAG仿真接口模块，DSP处理器分别与时钟模块、电源模块、外部RAM模块、串口通讯模块和JTAG仿真接口模块相连接。所述的DSP处理器通过串行通讯模块与视景计算机相连接用于接收汽车的运动参数，DSP处理器通过串行通讯模块与伺服运动控制系统相连接输出运动信号参数用于控制伺服运动控制系统。上述电路安装在PCB电路板上，该PCB电路板采用四层板结构，将电源和地分别设为一层，数字地、模拟地分开，单点连接，同层上的多个电源、地用隔离带分割。下面分别对各个部分进行说明：

控制器的核心部分为DSP处理器，在本实施例中，DSP处理器采用TI公司的TMS320F2812芯片，TMS320F2812是一种采用静态CMOS技术设计制造的低价格、高性能的定点DSP芯片。TMS320F2812系统时钟最大可达150MHz，指令周期最短可达6.67ns，具有外部存储器接口和两个标准的串行通讯接口SCI（Serial Peripheral Interface），具有强大的数字信号处理能力，能够出色的完成对六自由度运动平台驱动信号的实时解算。

如图3所示，时钟电路模块使用内部振荡器，即在DSP芯片的X1/XCLKIN和X2引脚之间连接一个石英晶体和两个电容，利用DSP芯片内部的振荡电路组成并联谐振电路，产生与外加晶体同频率的时钟信号。两个电容一般在10～30pF之间选择，它们可对时钟频率起到微调作用。石英晶体的频率等于DSP芯片的主频×80%×25%，即GPA1的频率=135MHz×80%×25%=27MHz，故选取30MHz的晶体，能够满足DSP芯片的工作要求，两个电容分别选取10pF。

由于TMS320F2812的核心电压是1.8V，I/O口电压是3.3V。为保证芯片正常工作，必须进行电源转换提供这两种工作电压，本实施例中，电源模块选用TI公司生产的TPS767D318电源芯片进行电压转换。该电源模块的电路如图4所示，外部提供纯净的5V电源输入，为了提高可靠性，再经过一个1μF的极性电容滤波后进入电源芯片TPS767D318，1.8V、3.3V的使能端接地，建立起双电压。输出电压经过33μF极性电容和一个铁氧化体磁珠滤波后提供DSP的电源电压。当输出1.8V或3.3V下降5%时，TPS767D318产生复位信号并保持200ms，经过一个与门输出使DSP复位。这样就保证了TMS320F2812在可靠性电源下工作。TPS767D318底面还采用了能够在器件与电路板之间建立高效散热接触的散热垫，因而可提供更好的散热特性。

由于数据采样率较高，数字信号的处理方法复杂，使得数据量和程序代码大大增加，DSP芯片内部的片内RAM无法满足实际需要，所以控制器采用64K×16位的片外RAM存储器，该外部RAM模块的电路如图5所示。TMS320F2812的外部存储器接口可分为5个固定的存储器映像区域，每个外部接口XINTF都有一个片选信号，用于访问某一个特定的区域。其中区0、1空间为8K×16位，区2、6空间为0.5M×16位，区7为16K×16位，且内部包含了BootROM装载程序。为使扩展空间数量达到需要值，本设计选择使用XINTF的区2，为此使用了XINTF片选信号/XZCS2。它与XA18一起控制着IS61LV6416的片选。IS61LV6416是64K×16位的高速静态随机存储器芯片，它采用CMOS工艺制造，单一+3.3V供电，最短存取时间是8ns。由于DSP采用统一寻址方式，IS61LV6416既可作为数据存储器，也可作为程序存储器。SN74HC32是TI公司生产的四2输入正或门。/XZCS2和XA18通过它控制进入/CE的信号。只有当两者为信号低即/CE为低时，IS61LV6416才被选中。

如图6所示，串行通讯模块包括MAX232驱动芯片和两组异步串行通讯接口UART-A和UART-B，该MAX232驱动芯片与TMS320F2812的串行通讯接口相连接。MAX232驱动芯片具有功耗低，集成度高，+3.3V供电，实现两组接收和发送功能。本实施例中包括两组串行通讯接口（UART-A和UART-B），其中TMS320F2812芯片的SCITXDA、SCIRXDA引脚作为UART-A接口的发送数据和接收数据引脚；SCITXDB、SCIRXDB引脚作为UART-B接口的发送数据和接收数据引脚。UART-A接口负责与视景计算机进行通讯，UART-A接口负责与伺服运动控制系统进行通讯。

TMS320F2812芯片内置了符合国际标准的JTAG逻辑测试口。仿真电缆和JTAG测试口的连接通过一个14针的仿真头来实现，仿真头上的信号连接关系如图7所示。其中TDI和TDO是测试数据的输入和输出，TMS是测试模式的选择，TCK和/TEST是测试时钟的输出和返回。

DSP处理器内通过串口UART-A从视景计算机接收汽车的运动参数（3个轴向线加速度，3个角速度、角加速度和平台位姿欧拉角），经坐标变换，高、底通数字滤波，信号洗出、限制及积分、角度合成，得到平台运动控制系统能识别的运动信号参数（纵向位移、横向位移、垂直位移、滚翻角度、俯仰角度、偏航角度），然后将数据通过串口UART-B将数据传输到平台运动伺服运动控制系统，用于控制六自由度运动平台模拟实现汽车的动作，给驾驶员以逼真的驾驶感觉。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其特征在于：包括DSP处理器、时钟模块、电源模块、外部RAM模块、串口通讯模块，所述的DSP处理器分别与时钟模块、电源模块、外部RAM模块和串口通讯模块相连接，所述的串口通讯模块与视景计算机相连接用于接收汽车的运动参数，该串口通讯模块还与伺服运动控制系统相连接输出运动信号参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其特征在于：所述的DSP处理器还连接一JTAG仿真接口。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其特征在于：所述的串行通讯模块包括MAX232驱动芯片和两组串行通讯接口，两组串行通讯接口分别与视景计算机和伺服运动控制系统相连接，该MAX232驱动芯片与TMS320F2812芯片的通讯接口与相连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其特征在于：所述的DSP处理器采用TMS320F2812芯片。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的六自由度运动平台姿态控制器，其特征在于：所述的电源模块由TPS767D318电源芯片及其外围电路构成。