依据物联网的数据手套 团队称号： 未来之光九队 榜首导师： 李桃 第二导师： 韩晶晶 队长： 张震 队员1： 侯凯 队员2： 巩大利 队员3： 崔瑜 诚信许诺声明 本参赛队整体队员及辅导教师已仔细阅览《全国大学生物联网规划比赛规章》关于比赛著作的知识产权之悉数条款，慎重声明，在参加全国大学生物联网规划比赛时所呈交的比赛著作及著作规划文档均为参赛队员在辅导教师辅导下独立完结。尽本参赛队所知，比赛著作及著作规划文档中，除特别加以标示的部格外，不存在侵略第三方知识产权的内容。比赛著作及著作规划文档并非由参加其他比赛之著作及著作规划文档未经改动直接参赛；如著作确参加过其他比赛的，本参赛队许诺参加本次比赛之著作现已过较大改动。 辅导教师签名： 李桃 韩晶晶 日期： 2016 年 5 月 28 日 全国大学生物联网规划比赛规划文档 摘要 - PAGE I - 规划著作称号 数据手套 摘 要 数据手套是完结虚拟实践技能的交互设备之一，数据手套的运用关于虚拟制造非常重要。研讨数据手套的功用和原理,规划了一种面向虚拟制造的数据手套交互操控模块。 本论文首要介绍了依据无线数据传输和处理的数据手套，该数据手套选用以ARM Cortex-M4处理器，经过对手势数据的搜集及处理，然后完结其所对应的功用。 要害词：数据手套；虚拟实践技能；数据搜集；ARM Cortex-M4处理器 全国大学生物联网规划比赛规划文档 目录 - PAGE II - 目 录 TOC \o 3-3 \t 标题 1,1,标题 2,2 摘 要 PAGEREF _Toc452478397 \h I 榜首章 规划需求剖析 PAGEREF _Toc452478398 \h 1 1.1规划需求 PAGEREF _Toc452478399 \h 1 1.2规划思路 PAGEREF _Toc452478400 \h 1 第二章 特征与立异 PAGEREF _Toc452478401 \h 2 2.1 规划特征 PAGEREF _Toc452478402 \h 2 2.2 规划立异 PAGEREF _Toc452478403 \h 2 第三章 功用规划 PAGEREF _Toc452478404 \h 1 第四章 硬件组成 PAGEREF _Toc452478405 \h 4 第五章 软件架构和开发环境 PAGEREF _Toc452478406 \h 6 5.1 虚拟实践与数据手套 PAGEREF _Toc452478407 \h 6 5.1.1 虚拟实践 PAGEREF _Toc452478408 \h 6 5.1.2 数据手套 PAGEREF _Toc452478409 \h 7 5.2 虚拟实践体系的功用以及运用 PAGEREF _Toc452478410 \h 7 第六章数据传输技能运用 PAGEREF _Toc452478411 \h 9 6.1 虚拟实践的技能的组成 PAGEREF _Toc452478412 \h 9 6.2 数据手套完结的一般机理 PAGEREF _Toc452478413 \h 9 6.3 虚拟实践的要害技能 PAGEREF _Toc452478414 \h 9 6.3.1动态环境建模技能 PAGEREF _Toc452478415 \h 9 6.3.2实时三维图形体系和虚拟实践交互技能 PAGEREF _Toc452478416 \h 10 6.3.3传感器技能 PAGEREF _Toc452478417 \h 10 6.4开发和体系集成技能东西 PAGEREF _Toc452478418 \h 10 参考文献 PAGEREF _Toc452478419 \h 11 全国大学生物联网规划比赛规划文档 [数据手套] PAGE \* Arabic 2 规划需求剖析 1.1规划需求 为了能让用户体会到实在物体的移动和反响，能够探测出所模仿物体、模型的表面密度、水含量、磁场强度、光照强度和振荡强度等而研制出的数据手套。在医疗和机器人范畴，数据手套/力反应手套也用于虚拟长途机械手操控和长途医疗等方面。 1.2规划思路 智能手套可经过指套部分的几个个柔性传感器来搜集信息。当运用者在手语沟通时曲折手指，传感器所检测到的数据便会被发送到一个串行监视器，而手套内置的加快度计则能够检测到手掌的方向。随后，手套所内置的算法会将这些数据翻译成文字并将其显现在屏幕上。智能手套所运用的非触摸性技能，当时存在的非触摸性卡的读卡器不用经过修正就可与手套兼容。 第二章 特征与立异 2.1 规划特征 有关智能可穿戴设备，一般来说，只要是在日常日子傍边能被穿戴在身上的，包含帽子，手套，衣服等等都能够算到这个概念傍边去。而依据外媒的报道。智能手套或许在人机接口范畴能够具有较大的开展潜力，能够协助人们脱节操作杆或鼠标。当然，怎么使其变得在运用时愈加便利，而且操作起来愈加直观和天然就成了需求处理的问题。 从外形上来看，它有些像足球比赛傍边守门员所佩带的手套，然而在它的表面下隐藏着各式各样的零件，使它和一般的守门员手套或冬季滑雪时佩带的手套又有很大的不同之处。 它能够经过不同的手势来对一些设备进行长途操控，包含电脑。当相关的配套体系依据光学追寻软件检测到动作之后，就会依据这些动作宣告相应的指令然后进行长途操控。而且，在做这些动作或运动的时分，手套会依据发生的动能主动的进行充电，也正是依据此，这款手套是无需别的去刻充电，这样一来就会节约许多费事。 2.2 规划立异 现阶段的数据手套首要缺乏有：手套主体部分简略受用户手尺巨细影响,运用过程中需求从头校对避免手套与手指之间滑动带来的差错,别的便是传感器的的疲惫问题，如：光纤传感器运用时间过长导致精度下降或折断。 本论文所研讨的著作就这两方面的问题进行了优化：本著作主体部分选用弹性纤维原料的手套作为载体，处理了不同人手尺度的问题，各个结点及其所衔接的导线都固定于手套上，处理了校对的问题。该著作选用的是结点感应，经过结点的状况判别人手的动作，替代了条状的传感器，处理了传感器疲惫的问题，一起也降低了制造的本钱。 全国大学生物联网规划比赛规划文档 [数据手套] 3 第三章 功用规划 智能手套所运用的非触摸性技能，当时存在的非触摸性卡的读卡器不用经过修正就可与手套兼容。手套中植入微型非触摸性芯片，能够与信用卡或借记卡相连，用于购买20英镑(约合人民币195元)以下的产品，无需输入PIN码。可穿戴技能正蓬勃开展，顾客期望这些设备更简略穿戴、更时髦，以及具有更多功用。近年来日益受欢迎，现在英国有4500万张非触摸性卡流转，30万个场所能够运用非触摸性付出方法付账。手套还有触屏功用，购物者可戴着手套运用手机。特征与立异，因而若有了智能手套，开展远景不可估量。能够运用于多种范畴，金融业，而金融业触及太多范畴，超市银行，巨细城市都有，若是过节高峰期，这些智能手套能够削减不用要的费事。农业，畜牧业，教育界，医学界，虚拟国际，都离不开这种手套。所以有着很大的开展远景与商场。2014年11月份，全英房子典当借款协会宣告，客户可下载Android手机银行运用，然后经过Android Wear智能手表查询账户余额。此外，客户也能够对智能手表进行设定，每天向他们通报账户中还有多少资金。或许在将来，用它打游戏秀操作也是一个不错的挑选。 数据手套作为一起虚拟的手将被运用于3D虚拟实践场景的模仿交互中，能够辨认人手的多种动作，然后完结虚拟与实践的互动。更高档的数据手套能够满意人们更高的需求，如：机器人体系、操作外科手术、虚拟配备练习、手语辨认体系、动画制造、动作捕捉、教育文娱、机器人技能、动作捕捉、虚拟实践、立异游戏、恢复、以及对残障人士的辅佐等。 全国大学生物联网规划比赛规划文档 数据手套 PAGE \* MERGEFORMAT 8 第四章 硬件组成 该著效果弹性纤维手套作为首要载体，将传感器接在指关节处用来承受手指的状况，在手套背部衔接一个三轴加快度传感器，当检测到做出手势时，然后确认3秒钟，做出相应的判别和功用，本著作的中心部分便是ARM Cortex-M4处理器，它是对数据接纳和处理的中枢，是完结虚拟与实践沟通的要害部分。 手套载体：手套能够很好的盯梢人手的每个关节，而且准确的捕捉人手的动作。它能够像皮肤相同贴合手部，并不约束人手的动作规模：你能够带着手套打字或许做其他事。用手套乃至能够不需求键盘，用户能够在任何平面打字。如下图： 图一 手套载体 2、传感器节点 传感器节点是选用自组织方法进行组网以及运用无线通信技能进行数据转发的，节点都具有数据搜集与数据交融转发两层功用。如下图： 图二 传感器节点 ARM Cortex-M4的处理器 ARMCortex?-M4处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，在M3的基础上强化了运算才能，新加了浮点、DSP、并行核算等，用以满意需求有用且易于运用的操控和信号处理功用混合的数字信号操控商场。其高效的信号处理功用与Cortex-M处理器系列的低功耗、低本钱和易于运用的长处的组合，旨在满意专门面向电动机操控、轿车、电源办理、嵌入式音频和工业主动化商场的新式类别的灵敏处理方案。如下图： 图三 依据ARM Cortex-M4的处理器 三轴加快传感器： 三轴加快度传感器大多选用压阻式、压电式和电容式作业原理，发生的加快度正比于电阻、电压和电容的改动，经过相应的放大和滤波电路进行搜集。这个和一般的加快度传感器是依据相同的原理，所以在必定的技能上三个单轴就能够变成一个三轴。关于大都的传感器运用来看，两轴的加快度传感器现已能满意大都运用。可是有些方面的运用仍是会集在三轴加快度传感器中例如在数采设备，宝贵财物监测，磕碰监测，丈量建筑物振荡,风机,风力涡轮机和其他灵敏的大型结构振荡。如下图 图四 三轴加快传感器 第五章 软件架构和开发环境 5.1 虚拟实践与数据手套 5.1.1 虚拟实践 虚拟实践(Virtual Reality,简称VR)技能是近年来最抢手的研讨范畴之一，有着巨大的开展潜力和广泛的运用远景，遭到各界、尤其是军方的喜爱。 在虚拟的实践中,人们运用头盔显现器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、HYPERLINK /Shop/Special/dataglove/ \t _blank数据手套及脚踏板等多维输入输出设备经过传感器设备与核算机生成的三维虚拟环境交互效果,可获视觉、听觉、触觉等多种感知反应,并按照自己的志愿去实时地改动虚拟环境。本文运用VR技能示意图，如图所示： 标志人体各类信息的信号量传感器材动 作人 标志人体各类信息的信号量 传感器材 动 作 人 虚拟 虚拟 实践 体系 传递视觉、触觉、声响等直观信号 传递视觉、触觉、声响等直观信号 （核算机软硬件）感 （核算机软硬件） 感 觉 图五 VR技能示意图 5.1.2 数据手套 手是人与外界进行物理触摸及认识表达的首要前言。当人与核算机操控体系进行交互操作时,传统的输入输出接口设备,如键盘、鼠标等只能约束手在桌面上或一个小区域内进行简略的运动操控,而表达认识的大大都手的天然运动被献身了,阻碍了人们对体系操控认识表达的全面性与灵敏性。因而，一种依据VR技能的运用诞生了——数据手套。 数据手套能够盯梢操作者灵敏多变的手势及空间方位,使操作者天然而然地将自己的认识传送至核算机。因而数据手套作为一种重要的人机交互接口,广泛地运用于虚拟实践的研讨范畴中。 5.2 虚拟实践体系的功用以及运用 虚拟实践体系按其功用凹凸大体分为4类: 一是桌面虚拟实践体系,也称窗口中的VR。它首要在台式核算机上完结,所以本钱低,功用也最简略,首要用于CAD、CAM、建筑规划、桌面游戏等范畴。 二是沉溺虚拟实践体系,如各种用处的体会器,使人有感同身受的感觉,各种训练、演示以及高档游戏等用处均可用这种体系。 三是散布式虚拟实践体系,它在因特网环境下,充分运用散布于各地的资源,协同开发各种虚拟实践的运用。它一般是沉溺虚拟实践体系的开展,也便是把散布于不同当地的沉溺虚拟实践体系,经过因特网衔接起来,一起完结某种用处。美国大型军用交互仿真体系NPSNET以及因特网上多人游戏MUD便是这类体系。 四是增强实践或混合实践体系。它是把实在环境和虚拟环境结合起来的一种体系,既可削减构成杂乱实在环境的开支,又可对实践物体进行操作,真实到达了亦真亦幻的境地,是往后的开展方向之一。 全国大学生物联网规划比赛规划文档 数据手套 PAGE \* MERGEFORMAT10 第六章数据传输技能运用 6.1 虚拟实践的技能的组成 虚拟实践体系中包含人件(HumanWare) 、媒体件(MediaWare) 、数据件(DataWare)和网络件(NetworkWare) 4部分。 人是虚拟实践体系的“中心”,人能与虚拟国际对话,体会虚拟国际的临境感,人的参加使虚拟实践更为重要。 媒体件将从听觉、视觉和触觉得到的信息加以归纳,并以调和的方式进行反应处理。 数据件和网络件是指在虚拟实践中需求进行双向会话和数据沟通,有必要依靠面向目标的数据库和网络通讯等基础设施。 6.2 数据手套完结的一般机理 数据手套是虚拟实践体系的重要组成部分,是一种通用的人机接口,其直接意图在于实时获取人手的动作姿势,以便在虚拟环境中再现人手动作,到达抱负的人机交互意图。 数据手套完结的要害在于手掌、手指及手腕的各个有用部位的曲折、外展等丈量以及在此基础上的姿势的反演。完结反演首要取决于人体手部姿势的建模,最底子的便是,确认传感器丈量数据和手部各关节运动姿势的对应联系。 6.3 虚拟实践的要害技能 数据手套完结的要害技能包含以下几个方面: 6.3.1动态环境 HYPERLINK /shop/p10/Modelling/ \t _blank 建模技能 虚拟环境的树立是虚拟实践技能的中心内容。动态环境建模技能的意图是获取实践环境的三维数据,并依据运用的需求,运用获取的三维数据树立相应的虚拟环境模型，以求有实在感。三维数据的获取能够选用CAD 技能(有规矩的环境) ,而更多的环境则需求选用非触摸式的视觉 HYPERLINK /shop/p10/Modelling/ \t _blank 建模技能,两者的有机结合能够有用地进步数据获取的功率。 6.3.2实时三维图形体系和虚拟实践交互技能 运用实时三维图形体系,能够生成有传神感的图形,图画具有三维全五颜六色、明暗、纹路和暗影等特征。虚拟实践是一种交互式和先进的核算机显现技能,双向对话是它的一种重要作业方法,为虚拟环境供给了一种新的人机接口。 6.3.3传感器技能 虚拟实践的交互才能,例如,显现以及拾取技能,均依靠于传感器技能的开展。而现有的传感器的精度还远远不能满意体系的需求。例如, HYPERLINK /Shop/Special/dataglove/ \t _blank 数据手套的专用传感器就存在作业频带窄、分辨率低、效果规模小、运用不方便等缺点,因而寻觅和制造新式、高质量的传感器变成了该范畴的首要问题。 6.4开发和体系集成技能东西 虚拟实践运用的要害是寻觅适宜的场合和目标,即怎么发挥想象力和创造力。挑选恰当的运用目标能够大幅度地进步出产功率、减轻劳动强度、进步产品开发质量。为了到达这一意图,有必要研讨虚拟实践的开发东西。例如,虚拟实践体系开发渠道、散布式虚拟实践技能等。 因为虚拟实践中包含很多的感知信息和模型,因而体系的集成技能起着至关重要的效果。集成技能包含信息的同步技能、模型的标定技能、数据转化技能、数据办理模型、辨认和组成技能等等。 全国大学生物联网规划比赛规划文档 称谢 参考文献 [1] 曾芳香,梁柏林,刘镇,王建华;依据数据手套的人机交互环境规划[J]; [2] 王智, 潘强, 邢涛. 面向物联网的实体实时查找服务总述[D].中国科学院上海微体系与信息技能研讨所. 2009. [3] 邹湘军,孙健,何汉武,郑德涛,陈新;虚拟实践技能的演化开展与展望[J];体系仿线] 姜学智,李忠华;国内外虚拟实践技能的研讨现状[J];辽宁工程技能大学学报;2004年02期 [5] 李琪,白英彩,曾芳香;一个虚拟手原型的完结[J];上海交通大学学报;1999年11期 [6] 姜学智,李忠华;国内外虚拟实践技能的研讨现状[J];辽宁工程技能大学报;2004年02期 [7]李琪,白英彩,曾芳香;一个虚拟手原型的完结[J];上海交通大学学报;1999年11期 [8] 邹湘军,孙健,何汉武,郑德涛,陈新;虚拟实践技能的演化开展与展望[J];体系仿线ae;
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