本文關鍵詞：雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置

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【摘要】：筆式人機交互具有優(yōu)良的沉浸感和易用性，廣泛應用于教育、軍事、醫(yī)療等領域，是近年來人機交互研究的熱點。超聲定位技術是實現筆式人機交互的重要手段之一，具有精度高、成本低和結構簡單等特點，交互電子白板是其典型應用。但是現有產品主要是基于單目標的二維參數定位技術，隨著數字多媒體技術的不斷發(fā)展，對多目標三維參數定位筆式人機交互產品的需求是必然趨勢。研究新型多目標三維超聲定位關鍵技術及裝置不但是現有超聲定位筆式人機交互技術延續(xù)與發(fā)展，更有著明確的經濟價值。 本文重點分析了TOA、TDOA定位方法，深入研究了超聲信號時延提取方法和雙目標紅外信號、超聲信號區(qū)分方法，以及基于加速度計、陀螺儀的空中鼠標控制方法，設計雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置總體方案，將三維超聲定位技術應用于筆式人機交互，利用頻分復用技術和TOA定位方法實現雙目標超聲定位，結合基于加速度計和陀螺儀聯合的空中鼠標進一步擴展三維交互范圍，并完成裝置內目標筆、接收處理板和上位機軟件的開發(fā)、集成及測試工作。 本文的主要貢獻及創(chuàng)新性工作如下： （1）提出一種雙目標三維超聲定位方法。此方法結合歸一化閾值檢測法和過零檢測法提高超聲信號時延提取精度；通過發(fā)射不同個數、不同頻率紅外脈沖信號，配合紅外接收傳感器實現38kHz、56kHz紅外信號頻分復用；利用數字濾波器實現25kHz、40kHz超聲信號頻分復用，通過二階濾波器級聯、化簡結構、縮小濾波區(qū)間三個步驟降低數字濾波時間和誤差；最后基于TOA定位方法計算目標三維位置，具有定位誤差小、定位速度快、可實現雙目標定位的優(yōu)點。 （2）提出一種基于加速度計和陀螺儀聯合的動態(tài)參考值空中鼠標控制方法。此方法利用加速度計計算參考角度值，利用陀螺儀計算偏移角度值，在使用過程中動態(tài)更新陀螺儀輸出參考值和角度參考值，提高空中鼠標穩(wěn)定性的同時擴展了使用角度。 （3）開發(fā)一套雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置樣機。分別以PIC12F508和STC89C52為核心設計兩種目標筆，，實現定位信號發(fā)射和空中鼠標功能，前者電路簡單、體積小，易于集成，后者功能豐富，便于擴展；設計以TMS320VC5502為核心的接收處理板，實現3通道信號接收、高速率采樣、數字濾波、TOA位置計算和通信功能；基于C++和OpenGL開發(fā)上位機軟件，實現雙目標運動軌跡顯示和鼠標控制功能。經測試，裝置樣機工作穩(wěn)定，性能良好，基本滿足應用需求，雙目標超聲定位范圍半徑可達1.5m，定位誤差小于5mm，刷新頻率14Hz，定位軌跡與運動軌跡吻合，空中鼠標刷新頻率31Hz，鼠標移動軌跡平滑。 與二維超聲定位交互電子白板相比，本文設計的裝置可實現雙目標運動軌跡跟蹤，將筆式人機交互由二維平面擴展至三維空間，并結合空中鼠標進一步擴展交互范圍，為超聲定位、空中鼠標和筆式人機交互的理論研究及相關產品研發(fā)提供了參考。
【關鍵詞】：雙目標超聲定位 筆式人機交互 空中鼠標 無線定位
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP11;TB559
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-14
• 1.3 研究內容及安排14
• 1.4 本章小節(jié)14-16
• 第2章 雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置總體方案16-28
• 2.1 需求分析16-17
• 2.2 總體設計17-18
• 2.3 實現方案18-27
• 2.3.1 理論方法分析18-22
• 2.3.2 實現方法22-26
• 2.3.3 核心器件選擇26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 第3章 雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置關鍵技術研究28-46
• 3.1 雙目標三維超聲定位方法研究28-41
• 3.1.1 超聲信號時延提取方法28-31
• 3.1.2 紅外信號區(qū)分方法31-33
• 3.1.3 超聲信號區(qū)分方法33-41
• 3.2 基于慣性傳感器的空中鼠標控制方法研究41-45
• 3.2.1 基于加速度計的空中鼠標控制方法41-42
• 3.2.2 基于陀螺儀的空中鼠標控制方法42-43
• 3.2.3 加速度計和陀螺儀聯合的空中鼠標控制方法43-45
• 3.3 本章小結45-46
• 第4章 雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置硬件設計46-56
• 4.1 目標筆電路設計46-50
• 4.2 接收處理板電路設計50-55
• 4.3 本章小結55-56
• 第5章 雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置軟件設計56-70
• 5.1 目標筆軟件設計56-60
• 5.2 接收處理板軟件設計60-63
• 5.3 上位機軟件設計63-68
• 5.4 本章小結68-70
• 第6章 雙目標三維超聲定位筆式人機交互裝置測試及誤差分析70-80
• 6.1 裝置測試70-78
• 6.1.1 雙目標三維超聲定位測試70-77
• 6.1.2 空中鼠標測試77-78
• 6.2 誤差分析78-79
• 6.3 本章小節(jié)79-80
• 第7章 全文總結80-82
• 參考文獻82-86
• 作者簡介及科研成果86-87
• 致謝87

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 成宇翔;張衛(wèi)平;陳文元;崔峰;劉武;吳校生;;MEMS微陀螺儀研究進展[J];微納電子技術;2011年05期

2 葛海江;張雪娟;沈海娟;;兩軸模擬陀螺儀的空中鼠標指針控制方法研究[J];電子技術應用;2010年11期

3 楊林,周一宇,孫仲康;TDOA被動定位方法及精度分析[J];國防科技大學學報;1998年02期

4 李震;鄭建寶;朱振馳;林耀聰;;基于紅外小目標識別的空中鼠標解決方案[J];電腦知識與技術;2014年05期

5 滕莉;;空中鼠標自由“掌握”——詳解空中鼠標技術解決方案[J];個人電腦;2010年02期

6 李杰,田豐,戴國忠;筆式用戶界面交互信息模型研究[J];軟件學報;2005年01期

7 馬翠霞,戴國忠,滕東興,陳由迪;概念設計中基于筆式手勢的交互計算研究(英文)[J];軟件學報;2005年02期

8 胡躍輝,周康源,周平,施俊;一種實時3D超聲定位系統(tǒng)的設計[J];聲學技術;2004年01期

9 姜曉波;陳文元;湯堅;錢莉;凌靈;;基于微加速度計的AIR-MOUSE的研究[J];微計算機信息;2008年22期

10 尹旭全,張建華,高守瑋,王忠民;超聲在測量中的應用[J];現代電子技術;2003年05期

本文編號：539486