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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 電子手套的研制——基于三維加速度傳感器數(shù)據(jù)采集方式研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 在本作品中，本人將三維加速度傳感器嵌入到普通手套中構(gòu)成“電子手套”，通過(guò)CC2430單片機(jī)模塊控制傳感器，采集數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。本人設(shè)計(jì)了一個(gè)“模擬打鼓”的場(chǎng)景，表演者模擬打鼓動(dòng)作，手套將動(dòng)作和力度通過(guò)無(wú)線傳送到主控計(jì)算機(jī)，再用軟件顯示和播放和可視化展示。課題涉及到DE-ACCM3D三維加速度傳感器的工作原理和接口方法、Zigbee CC2430單片機(jī)及其無(wú)線通信的編程、VB變成等技術(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 日本任天堂公司06年推出的一款名為Wii的家用游戲主機(jī)，其中有一巨大的創(chuàng)新特色，即其擁有一個(gè)類(lèi)似遙控器般的控制裝置，從早期的有線到如今的無(wú)線，給人們的游戲方式帶來(lái)了巨大的改變，很大程度上提高了游戲性。目前十分紅火的iphone，itouch，ipad等等，其上可支持大量的應(yīng)用軟件和游戲等等，可謂是“掌上電腦”，其中關(guān)于重力感應(yīng)方面的應(yīng)用，也不計(jì)其數(shù)。目前最新的聯(lián)想Thinkpad筆記本電腦處于工作狀態(tài)時(shí)，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能的選擇關(guān)閉硬盤(pán)還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的保護(hù)由于振動(dòng)或者不小心摔了電腦做造成的硬盤(pán)損害，最大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。上述裝置有一個(gè)共同點(diǎn)，就是都涉及到三維加速度傳感器的應(yīng)用，當(dāng)然不僅僅局限于上述三個(gè)例子，它的應(yīng)用范圍可以涉及到多個(gè)領(lǐng)域。此外，通過(guò)對(duì)部分Wii家用游戲機(jī)的玩家進(jìn)行調(diào)查問(wèn)詢后，發(fā)現(xiàn)有玩家表示，當(dāng)他在玩類(lèi)似于高爾夫的游戲時(shí)，手里抓的只是個(gè)小小的遙控器，雖然游戲性很好，但是卻顯得有些不真實(shí)，并不能完全達(dá)到仿真游戲的效果。本小組三維加速度傳感器數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行深入研究，并應(yīng)用到一個(gè)具體實(shí)例，以便可以更好的模擬一些現(xiàn)實(shí)生活中的行為。 另外，三維加速度傳感及其數(shù)據(jù)采集和傳送是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)器官功能。而三維加速度傳感器在手勢(shì)識(shí)別、人機(jī)交互等方面都有一定的應(yīng)用。本次課題研究中，我們通過(guò)三維加速度傳感器無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)成功采集人手的動(dòng)作和力度數(shù)據(jù)，在某種程度上，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。 本課題研究團(tuán)隊(duì)都是本科學(xué)生，以大三為主，對(duì)我們而言，由于相關(guān)課程的學(xué)習(xí)剛剛開(kāi)始，知識(shí)并未鞏固，更主要是動(dòng)手實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)更少，因此對(duì)我們而言，完成本課題涉及到以下幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：第一、設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心的三維加速度傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，特別是傳感器與單片機(jī)的接口電路；第二、數(shù)據(jù)采集的軟件處理，包括數(shù)據(jù)濾波，使采集的數(shù)據(jù)能真正表現(xiàn)實(shí)際的加速度值；第三、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，一般的單片機(jī)不帶無(wú)線傳輸接口，需要外置數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，對(duì)團(tuán)隊(duì)而言，數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以及實(shí)現(xiàn)；第四、基于VB軟件平臺(tái)的可視化演示軟件編程和實(shí)現(xiàn)，利用該平臺(tái)，就可以將單片機(jī)處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)角度表達(dá)出來(lái)。 本課題組采用了國(guó)外引進(jìn)的DE-ACCM3D型號(hào)的3軸加速度傳感器模塊，它正是基于Analog Devices ADXL335高靈敏度高精確度的傳感器，這可以說(shuō)是目前最先進(jìn)的加速度檢測(cè)方案。內(nèi)置的光電隔離可以有效地防止電流沖擊。板載的緩存機(jī)制可以直接連接到多數(shù)微控制器的模擬輸入口。主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)、傾斜和坡度測(cè)量，設(shè)備定位，震動(dòng)檢測(cè)，車(chē)輛加速記錄等等。 CC2430無(wú)線單片機(jī)模塊采用德州儀器（TI）ZigBee SoC射頻芯片CC2430F128，片上集成高性能8051內(nèi)核、ADC、USART等，支持ZigBee協(xié)議棧。該模塊引出20個(gè)可用I/O，用戶可使用片上所有資源。方便用戶實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比、高集成度的ZigBee解決方案。 本課題中采用無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。因此我們有針對(duì)地去搜尋了一些帶無(wú)線模塊的單片機(jī)，最后我們選擇了微骨公司開(kāi)發(fā)的CC2430無(wú)線單片機(jī)模塊來(lái)完成本課程的設(shè)計(jì)。 Visual Basic是一種可視化的，面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，能用于Windows環(huán)境下的各種應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，是目前較為流行的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有許多明顯的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)： 1、提供了面向?qū)ο蟮目梢暬幊坦ぞ? 2、事件驅(qū)動(dòng)的編程方式 3、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 4、提供了易學(xué)易用的應(yīng)用程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 5、支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的訪問(wèn) 6、支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）和對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE） 7、完備的Help聯(lián)機(jī)幫助功能 本人鑒于上述VB的優(yōu)點(diǎn)，采用VB編程來(lái)實(shí)現(xiàn)效果展示。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在本作品中，將三維加速度傳感器嵌入到普通手套中構(gòu)成“電子手套”，通過(guò)單片機(jī)模塊控制傳感器采集數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。本人設(shè)計(jì)了一個(gè)“模擬打鼓”的場(chǎng)景，來(lái)更加形象地加以說(shuō)明。本作品中對(duì)于傳感器的數(shù)據(jù)采集方式比較新穎，也是本作品的創(chuàng)新點(diǎn)。本作品的技術(shù)關(guān)鍵有三點(diǎn)，一是單片機(jī)控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；二是無(wú)線單片機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信；三是上位機(jī)演示軟件的開(kāi)發(fā)制作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 三維加速度傳感及其數(shù)據(jù)采集和傳送是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵，也是目前計(jì)數(shù)機(jī)和信息技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。掌握該項(xiàng)技術(shù)，今后可以廣泛應(yīng)用于游戲、工程技術(shù)、娛樂(lè)等多領(lǐng)域。 另外，在現(xiàn)有的技術(shù)當(dāng)中，將傳感器嵌入到手持裝置中常常成為研究人員的首要選擇，然而本作品突破了這一慣例，而是將傳感器嵌入到手套當(dāng)中，直接采集手部動(dòng)作數(shù)據(jù)，不再依賴(lài)于手持裝置，從而增加了數(shù)據(jù)采集的機(jī)動(dòng)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2011年1月，浙江理工大學(xué)請(qǐng)相關(guān)學(xué)科專(zhuān)家進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)審后，入選成為2011年大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）項(xiàng)目——大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目； 2、2011年4月10日，在浙江理工大學(xué)第十二屆“挑戰(zhàn)杯”校決賽中獲得三等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 允許
作品可展示的形式
- 錄像、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 此作品主要用實(shí)現(xiàn)“模擬打鼓”功能，進(jìn)而來(lái)闡述“電子手套”這個(gè)概念。 連好硬件電路后打開(kāi)上位機(jī)演示軟件，設(shè)置好串口通信相關(guān)設(shè)置，給設(shè)備上電，如果軟件檢測(cè)數(shù)據(jù)，說(shuō)明通信正常。 完成后，就可進(jìn)行“模擬打鼓”。帶上手套，做打鼓的動(dòng)作，上位機(jī)就會(huì)播放相應(yīng)的鼓聲和展示聲音的節(jié)律。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 上述功能的實(shí)現(xiàn)，主要基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。此技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用高科技技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于軍事、國(guó)家安全、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)和城市信息化建設(shè)等領(lǐng)域。 數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和控制以及數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸?shù)鹊裙δ?，都要通過(guò)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)編程以實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)采集處理等功能（C語(yǔ)言）是本作品中主要研究的內(nèi)容，此外，還包括上位機(jī)軟件程序編寫(xiě)（Visual Basic）。 使用范圍： 三維加速度傳感及其數(shù)據(jù)采集和傳送是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵，也是目前計(jì)數(shù)機(jī)和信息技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。掌握該項(xiàng)技術(shù)，今后可以廣泛應(yīng)用于游戲、工程技術(shù)、娛樂(lè)等多領(lǐng)域。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 無(wú)
