基本信息
- 项目名称：
- 电子手套的研制——基于三维加速度传感器数据采集方式研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 在本作品中，本人将三维加速度传感器嵌入到普通手套中构成“电子手套”，通过CC2430单片机模块控制传感器，采集数据以及实现数据的无线传输。本人设计了一个“模拟打鼓”的场景，表演者模拟打鼓动作，手套将动作和力度通过无线传送到主控计算机，再用软件显示和播放和可视化展示。课题涉及到DE-ACCM3D三维加速度传感器的工作原理和接口方法、Zigbee CC2430单片机及其无线通信的编程、VB变成等技术。
- 详细介绍：
- 日本任天堂公司06年推出的一款名为Wii的家用游戏主机，其中有一巨大的创新特色，即其拥有一个类似遥控器般的控制装置，从早期的有线到如今的无线，给人们的游戏方式带来了巨大的改变，很大程度上提高了游戏性。目前十分红火的iphone，itouch，ipad等等，其上可支持大量的应用软件和游戏等等，可谓是“掌上电脑”，其中关于重力感应方面的应用，也不计其数。目前最新的联想Thinkpad笔记本电脑处于工作状态时，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。上述装置有一个共同点，就是都涉及到三维加速度传感器的应用，当然不仅仅局限于上述三个例子，它的应用范围可以涉及到多个领域。此外，通过对部分Wii家用游戏机的玩家进行调查问询后，发现有玩家表示，当他在玩类似于高尔夫的游戏时，手里抓的只是个小小的遥控器，虽然游戏性很好，但是却显得有些不真实，并不能完全达到仿真游戏的效果。本小组三维加速度传感器数据采集方式进行深入研究，并应用到一个具体实例，以便可以更好的模拟一些现实生活中的行为。 另外，三维加速度传感及其数据采集和传送是虚拟现实技术的关键。虚拟现实技术综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能。而三维加速度传感器在手势识别、人机交互等方面都有一定的应用。本次课题研究中，我们通过三维加速度传感器无线传感网络成功采集人手的动作和力度数据，在某种程度上，对虚拟现实技术的发展有着一定的现实意义。 本课题研究团队都是本科学生，以大三为主，对我们而言，由于相关课程的学习刚刚开始，知识并未巩固，更主要是动手实习的机会更少，因此对我们而言，完成本课题涉及到以下几个关键性的问题：第一、设计以单片机为控制核心的三维加速度传感器数据采集系统，特别是传感器与单片机的接口电路；第二、数据采集的软件处理，包括数据滤波，使采集的数据能真正表现实际的加速度值；第三、数据的无线传输，一般的单片机不带无线传输接口，需要外置数据传输系统，对团队而言，数据传输的硬件结构，数据传输协议以及实现；第四、基于VB软件平台的可视化演示软件编程和实现，利用该平台，就可以将单片机处理好的数据通过视觉和听觉角度表达出来。 本课题组采用了国外引进的DE-ACCM3D型号的3轴加速度传感器模块，它正是基于Analog Devices ADXL335高灵敏度高精确度的传感器，这可以说是目前最先进的加速度检测方案。内置的光电隔离可以有效地防止电流冲击。板载的缓存机制可以直接连接到多数微控制器的模拟输入口。主要应用于运动、倾斜和坡度测量，设备定位，震动检测，车辆加速记录等等。 CC2430无线单片机模块采用德州仪器（TI）ZigBee SoC射频芯片CC2430F128，片上集成高性能8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议栈。该模块引出20个可用I/O，用户可使用片上所有资源。方便用户实现高性价比、高集成度的ZigBee解决方案。 本课题中采用无线通信进行数据传递。因此我们有针对地去搜寻了一些带无线模块的单片机，最后我们选择了微骨公司开发的CC2430无线单片机模块来完成本课程的设计。 Visual Basic是一种可视化的，面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，能用于Windows环境下的各种应用软件的开发，是目前较为流行的应用软件开发平台，具有许多明显的特点和优点： 1、提供了面向对象的可视化编程工具 2、事件驱动的编程方式 3、结构化的程序设计语言 4、提供了易学易用的应用程序集成开发环境 5、支持多种数据库系统的访问 6、支持动态数据交换（DDE）、动态链接库（DLL）和对象的链接与嵌入（OLE） 7、完备的Help联机帮助功能 本人鉴于上述VB的优点，采用VB编程来实现效果展示。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在本作品中，将三维加速度传感器嵌入到普通手套中构成“电子手套”，通过单片机模块控制传感器采集数据以及实现数据无线传输。本人设计了一个“模拟打鼓”的场景，来更加形象地加以说明。本作品中对于传感器的数据采集方式比较新颖，也是本作品的创新点。本作品的技术关键有三点，一是单片机控制传感器进行数据采集和处理；二是无线单片机之间点对点的通信；三是上位机演示软件的开发制作。
科学性、先进性
- 三维加速度传感及其数据采集和传送是虚拟现实技术的关键，也是目前计数机和信息技术发展的趋势。掌握该项技术，今后可以广泛应用于游戏、工程技术、娱乐等多领域。 另外，在现有的技术当中，将传感器嵌入到手持装置中常常成为研究人员的首要选择，然而本作品突破了这一惯例，而是将传感器嵌入到手套当中，直接采集手部动作数据，不再依赖于手持装置，从而增加了数据采集的机动性。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2011年1月，浙江理工大学请相关学科专家进行统一评审后，入选成为2011年大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目——大学生科技创新项目； 2、2011年4月10日，在浙江理工大学第十二届“挑战杯”校决赛中获得三等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 允许
作品可展示的形式
- 录像、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 此作品主要用实现“模拟打鼓”功能，进而来阐述“电子手套”这个概念。 连好硬件电路后打开上位机演示软件，设置好串口通信相关设置，给设备上电，如果软件检测数据，说明通信正常。 完成后，就可进行“模拟打鼓”。带上手套，做打鼓的动作，上位机就会播放相应的鼓声和展示声音的节律。 技术特点和优势： 上述功能的实现，主要基于无线传感器网络技术。此技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用高科技技术，可以广泛应用于军事、国家安全、医疗卫生、制造业和城市信息化建设等领域。 数据采集，数据处理和控制以及数据的无线传输等等功能，都要通过单片机技术的应用来实现。单片机编程以实现上述数据采集处理等功能（C语言）是本作品中主要研究的内容，此外，还包括上位机软件程序编写（Visual Basic）。 使用范围： 三维加速度传感及其数据采集和传送是虚拟现实技术的关键，也是目前计数机和信息技术发展的趋势。掌握该项技术，今后可以广泛应用于游戏、工程技术、娱乐等多领域。
同类课题研究水平概述
- 无
