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基于2.4G无线传输的人机交互智能遥控器设计

作 者: 沈晓峰
导 师: 马琪
学 校: 杭州电子科技大学
专 业: 电路与系统
关键词: 人机交互 智能遥控器 2.4GRF通信 自适应跳频 手势识别 空中鼠标 语音编解码
分类号: TP872
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 6次
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内容摘要


随着互联网技术快速发展和智能电视机不断普及,电视机己不仅仅局限于收看电视节目的功能。如今的智能电视机一般都自带安卓操作系统,并有高速网络支持,人们可以随意点播自己感兴趣的电视节目,还可以用电视机浏览网页,在电视上玩大型的体感游戏等。因此传统的红外遥控器功能已不能满足智能电视机的要求,新型智能遥控器应当在传统红外按键遥控器的功能上,增加触摸板操作、空中鼠标、体感控制、语音输入等多种人机交互功能。本论文主要工作是设计一套多功能人机交互智能遥控器。在系统设计方案上,智能遥控器分为发送端和接收端,通过基于自适应跳频的2.4G RF通信技术进行通信。发送端为手持设备,由触摸板模块、六轴空中鼠标模块、语音模块、按键以及2.4G射频模块等组成。手指在触摸板上滑动,可以在智能电视机上实现光标移动和手势识别;用户通过麦克风输入语音,可通过射频模块传送至主机;空中鼠标模块则能感知遥控器发射端控制姿态,实现空中鼠标和玩体感游戏的功能。接收端部分通过USB接口与主机相连,主要包括2.4G射频模块和USB模块,通过USB接口将2.4G接收到的触摸、鼠标、语音及按键信号上传至主机,实现对智能电视机的控制。在硬件设计上,本文首先确定硬件设计结构,并进行了器件选型,确定了在发射端和接收端采用的主控芯片,然后设计了发射端和接收端电路,根据电路原理图设计了PCB电路板,最终完成了智能遥控器的硬件设计。在软件设计上,本文首先设计了发射端和接收端的软件工作流程,实现了软件的各个组成部分。本文实现的基于自适应跳频协议的2.4G RF通信软件,可较好解决抗干扰问题;实现的触摸板势识别算法,可支持单指滑动和两指操作的手势识别,比传统的按键操作更直观;参考ITU-G.711语音规范实现的语音编解码算法,编解码速度快,实时性好;基于四元素法原理实现的空中鼠标算法,能够将发射端的三轴陀螺仪数据和三轴加速计数据转换成鼠标数据,感知遥控器发射端控制姿态。本文对人机交互智能遥控器实物样机的的性能和功能进行了测试,包括射频性能、语音功能、空中鼠标功能、触摸手势识别功能和按键功能等,测试结果表明设计达到了预期的要求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 论文研究的背景及意义  10-11
  1.2 相关技术和产品的发展现状  11-13
  1.3 论文的主要工作与内容安排  13-14
第二章 人机交互智能遥控器系统方案设计及相关技术介绍  14-29
  2.1 系统方案设计  14-15
    2.1.1 系统组成结构  14
    2.1.2 主要功能及其实现的工作原理  14-15
  2.2 主要相关技术  15-28
    2.2.1 2.4G 自适应跳频技术  15-18
    2.2.2 语音处理技术  18-20
    2.2.3 触摸技术  20-24
    2.2.4 空中鼠标技术  24-26
    2.2.5 USB-HID 技术  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 人机交互智能遥控器的硬件设计  29-50
  3.1 发射端硬件结构及核心模块设计  29-33
    3.1.1 主控芯片选型  29-32
    3.1.2 基于主控芯片的核心模块设计  32
    3.1.3 射频匹配电路及天线的设计  32-33
  3.2 语音模块设计  33-35
    3.2.1 ADC 芯片选型  33-34
    3.2.2 语音模块设计  34-35
  3.3 触摸板模块设计  35-38
    3.3.1 触摸板控制芯片选型  35-37
    3.3.2 触摸板模块设计  37-38
  3.4 空中鼠标模块设计  38-43
    3.4.1 六轴传感器选型  38-42
    3.4.2 空中鼠标模块设计  42-43
  3.5 矩阵键盘和红外发射电路设计  43-44
    3.5.1 矩阵键盘的设计  43
    3.5.2 红外发射电路的设计  43-44
  3.6 供电及电源管理  44-47
    3.6.1 充电电路的设计  44-45
    3.6.2 电源管理电路的设计  45-47
  3.7 接收端电路设计  47-49
    3.7.1 主控芯片选型  47
    3.7.2 接收端电路设计  47-48
    3.7.3 USB 模块匹配电路的设计  48-49
  3.8 本章小结  49-50
第四章 人机交互智能遥控器的软件设计  50-74
  4.1 发射端软件流程  50-52
  4.2 接收端软件流程  52-55
  4.3 射频通信软件设计  55-60
    4.3.1 射频模块的初始化  55-58
    4.3.2 跳频通信软件设计  58-60
  4.4 触摸板软件设计  60-63
    4.4.1 触摸板软件流程  60-61
    4.4.2 触摸板的初始化  61
    4.4.3 触摸手势识别算法  61-63
  4.5 语音模块软件设计  63-68
    4.5.1 语音模块的初始化  63-64
    4.5.2 语音编解码算法  64-68
  4.6 空中鼠标模块软件设计  68-71
    4.6.1 六轴传感器的初始化  68-69
    4.6.2 空中鼠标算法  69-71
  4.7 功耗管理和低压检测  71-73
    4.7.1 功耗管理  71-72
    4.7.2 低电检测  72-73
  4.8 本章小结  73-74
第五章 人机交互智能遥控器的测试  74-80
  5.1 智能遥控器实物  74
  5.2 射频性能测试  74-75
  5.3 功能测试  75-79
    5.3.1 按键测试  75-76
    5.3.2 触摸板测试  76-77
    5.3.3 语音测试  77-78
    5.3.4 空中鼠标测试  78-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章 总结与展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-85
附录  85

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 远动技术 > 远动化系统 > 远距离控制和信号、远距离控制和信号系统
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