摘 要

触觉传感器在接触方式识别方面具有重要的应用，为了验证采集数据的科学性,可以用Nano25作为精准的标定基准 ，研究FSR压力感应电阻传感器在这方面的作用效果。论文主要研究了Nano25 六维力矩传感器与FSR压力感应电阻传感器数据的同步及预处理研究，预处理包括对采集数据的滤波、存储和显示。

论文借助Matlab和Java平台，设计了传感器数据采集驱动程序，然后编写了软件同步算法，实现了Nano25和FSR压力感应电阻传感器数据的精确同步，在Matlab中设计了均值滤波算法对采集到的数据进行滤波，设计了图形用户界面，将存储的同步数据显示出来。

研究结果表明，设计软件同步算法能在不需要硬件成本的基础上，实现对Nano25和FSR压力感应电阻传感器的精确同步，滤波算法能有效将杂波滤除，设计的图形用户界面能直观的展现所采集的数据。

关键词：Nano25；数据同步；滤波；Matlab；图形用户界面

Abstract

Tactile sensor in contact mode identification has important applications, in order to verify data collection of scientific, accurate calibration reference and research FSR pressure sensing resistance sensor in this effect Nano25. This paper mainly studies the synchronization and preprocessing of the data of the Nano25 six dimensional torque sensor and the FSR pressure sensor, and the pretreatment includes the filtering, storage and display of the data.

Based on MATLAB and Java, design of the sensor data acquisition driver, and then write the software synchronized algorithm, to achieve the precise synchronization of Nano25 and FSR pressure sensing resistor sensor data, in the MATLAB design mean filter algorithm based on the collected data filtering, designed the graphical user interface, display the synchronous data storage.

The results show that the design software synchronized algorithm can realize precise synchronization of Nano25 and FSR pressure sensing resistor sensor without the need for hardware cost based, the filtering algorithm can effectively be mixed wave filter, the design of a graphical user interface to visually show the collected data.

Key words: Nano25; data synchronization; filter; Matlab; graphical user interface

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 研究目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 主要研究内容及预期目标 2

1.5 论文编排 3

第2章 系统总体设计 4

2.1 硬件组成 4

2.1.1 Nano25采集电路 4

2.1.2 FSR压力感应电阻采集电路 6

2.2 软件组成 7

2.3 工作过程 7

2.4 本章小结 8

第3章 传感器数据的采集 9

3.1 开发平台的选择 9

3.2 Nano25驱动程序设计 9

3.3 FSR驱动程序设计 11

3.3 本章小结 16

第4章 数据同步算法的设计 18

4.1 数据同步方案选择 18

4.2 数据同步算法的实现 18

4.3 本章小结 22

第5章 滤波算法的设计 23

5.1 Matlab滤波函数简介 23

5.2 滤波程序的实现 23

5.4 本章小结 24

第6章 图形用户界面的设计 25

6.1 图形界面布局设计 25

6.2 界面按键功能实现 28

6.3 本章小结 30

第7章 结论 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

随着科学技术的不断进步，传感器作为一种能将物理信号转换为可检测电信号的装置，已经被广泛的应用于工业制造、医学卫生、安全防范、可穿戴式运动设备等领域，是很多生产领域设备控制的技术基础。

力传感器是一种将力信号转化为电信号输出的装置，力传感器除了直接测量压力，也可以间接的测量其他物理量，如气体流量、液体流量、水面高度、海拔高度等，在很多监控领域及控制领域有非常广泛的应用。

本课题用到的 Nano25传感器和FSR压力感应电阻传感器都属于力传感器。Nano25是美国ATI公司生产的一种力传感器，它的体积很小，但是具有六个自由度，而且强度极高，相比于传统的箔片，它的信噪比提高了74倍，信号放大后的噪声失真接近于零，它具有多个版本可选，可适用于潮湿环境甚至水下环境下的检测。本课题采用的是Interlink公司生产的FSR400系列压力感应电阻传感器，其电阻值会随着表面压力的增加而按一定规律降低，它的体积很小而且很纤薄，由于这些优良特性，使得FSR压力感应电阻传感器在医疗设备、汽车电子、机械触控领域有着广泛的应用。

由于硬件限制，有时候对多个传感器进行数据采集时，由于客观原因，例如硬件差异、时钟频率不一致等，导致多个传感器数据的采集和获取不是在同一时间，而在研究一个多变量问题时，又往往需要获取同一时间的数据进行分析，因此实现数据的同步尤为重要。

1.2 研究目的和意义

本课题研究的目的可分为一下几个方面：

1. 通过编写数据同步算法，实现Nano25和FSR压力感应电阻传感器数据的同步；
2. 对传感器数据进行滤波、存储、显示，方便后期对数据进行分析和进一步处理。

随着体感交互技术的不断发展，对接触式识别的研究也越来越热，而传感器是接触式识别中最基本、最重要的部分之一。本课题采用的Nano25是一种非常精准的力学采集仪器，可以将它作为一个标定的基准，用于研究FSR压力感应电阻在人体接触式识别中的作用效果，但是这要求采集到Nano25和FSR压力感应电阻在同一时间段的数据，本课题的意义就在于：通过研究Nano25和FSR压力感应电阻的数据同步算法，实现两个传感器数据的同步，加上对数据的预处理（滤波、存储、显示），方便后期数据处理。

现有的数据同步算法大多对硬件有要求，需要特定的硬件作为支撑，如果能直接通过软件就能实现对数据的同步，那不仅可以降低成本，而且能提高系统的可移植性和适用范围，具有重要的意义。

1.3 国内外研究现状

在国外，数据的同步研究已经比较多，总结起来主要有一下三类：