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研究生中文姓名:廖振為
研究生英文姓名:Liao, Chen-Wei
中文論文名稱:具體感伺服與擴增實境之遠端控制系統設計
英文論文名稱:Design of a Remote Control System with Somatosensory Servoing and Augmented Reality Techniques
指導教授姓名:鄭智湧
口試委員中文姓名:副教授︰鄭智湧
教授︰莊智清
副教授︰余國瑞
教授︰蔡清池
教授︰黃國勝
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學號:10453085
請選擇論文與海洋研究相關度:無相關
請選擇論文為:應用型
畢業年度:106
畢業學年度:105
學期:
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:頭部體感擴增實境聯發科Linkit Smart 7688 DuoPixy圖像識別感測器模組Google Cardboard 3D眼鏡智慧型手機無線網路
英文關鍵字:Head SomatosensoryAugmented RealityLinkit Smart 7688 DuoPixyGoogle CardboardSmartphoneWireless Network
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本論文主要在設計一套透過無線網路傳輸並具有頭部體感與擴增實境的家用電器控制系統,其中包括機構設計、電路設計、單晶片韌體設計與手機程式設計。
該系統主要分為兩大部分,第一部分是伺服端,以Linkit Smart 7688 Duo做為控制的核心,負責經由MT7688AN模組透過無線網路來即時串流Webcam的影像給手機,並開啟伺服器接收手機的頭部體感資訊,接著使用UART的傳輸方式傳給ATmega 32U4模組來控制伺服端之雲臺馬達MG996R,藉以改變Webcam的視角與使用者一致。
第二部分是使用者端,以手機作為接收與傳輸的核心,負責的項目包括,把放置於Google Cardboard上的Pixy攝影系統所得之手部的位置與面積資訊,經由藍芽傳給手機並搭配繪圖顯示在手機畫面上來達到擴增實境的效果;另外利用放入Google Cardboard中的手機感應器(地磁計、加速度計)偵測頭部姿態,再經由網址列的方式透過無線網路傳給伺服端接收;最後由手機端接收與處理Webcam的影像串流畫面來判定是否為可控電器,接著可讓使用者以遠端觸控的方式進行控制。
In this thesis, a novel smart home remote control system was designed, which made use of somatosensory techniques, augmented reality, and wireless network transmission. The construction of the entire system integrates several ingredients such as mechanism design, circuit design, microcontroller firmware design, and Android app design.
This system is divided into two main parts: the server (or remote) part and the user part. The server part uses the Linkit Smart 7688 Duo chip as its core. The remote image streaming from a webcam to the user mobile phone is through the MT7688AN module via wireless network. In the meantime, the server will receive the head somatosensory information from the user phone, and use the ATmega 32U4 module on the chip to control the camera servo motor MG996R in order to track user’s head orientation.
The user part uses the mobile phone as the core and is responsible for three main tasks. One, system keeps collecting data from the Pixy camera, which is installed on the Google cardboard and is used to grab the position of user’s hand. Two, system will continue detecting the head posture by using the phone's sensors (geomagnetism and accelerometer) and send the information through the wireless network to the server side. Three, the mobile phone receives the video image coming from the webcam and determine whether there is a touch-controllable device inside. As a whole, user can see, touch, and control the remote appliance easily.
誌謝 I
摘要 II
Abstract III
目次 IV
圖次 VI
表次 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究步驟 2
1.4 論文架構 2
第二章 系統軟硬體介紹 3
2.1 系統架構介紹 3
2.2 硬體與機構介紹 4
2.2.1 Webcam伺服雲臺 4
2.2.2 Linkit Smart 7688 Duo 5
2.2.3 MG996R伺服馬達 6
2.2.4 PWM 7
2.2.5 Webcam(Webcam C170 - Logitech) 8
2.2.6 OTG線 9
2.2.7降壓模組XL4015 9
2.2.8穩壓器 10
2.2.9 AR頭盔 11
2.2.10 Google Cardboard 11
2.2.11 Pixy 12
2.2.12 Ardunio UNO 13
2.2.13 HC-05 藍牙模組 14
2.2.14行動電源 14
2.2.15 Android手機 HTC Desire 816 15
2.3 軟體開發工具 16
2.3.1 Arduino IDE 16
2.3.2 Android Studio 16
2.3.3 WinSCP 17
2.3.4 Putty 17
2.3.5 OpenCV 18
2.3.6 PixyMon 18
2.3.7 SolidWorks 19
2.3.8 FlashPrint 19
第三章 影像處理 20
3.1 影像處理流程 20
3.2 色彩空間 20
3.2.1 RGB色彩空間 21
3.2.2 HSV色彩空間 22
3.3 二質化 23
3.4 影像面積與質心 24
第四章 人機互動介面 25
4.1 影像串流 25
4.2 VR頭盔 26
4.2.1 手機感測器 27
4.3 智慧型手機APP介紹 29
4.4 網路控制 32
4.4.1 HTTP協定 33
4.4.2 HTTP資料的傳送 33
第五章 實驗結果展示 34
5.1 實驗一: 流暢度測試 34
5.1.1 實驗目的 34
5.1.2 實驗流程圖 34
5.1.3 實驗成果 35
5.2 實驗二: Webcam伺服雲臺的頭部體感跟隨與手部姿態偵測39
5.2.1 實驗目的 39
5.2.2 實驗流程圖 39
5.2.3 實驗成果 40
5.3 實驗三: 利用Webcam伺服雲臺控制電器 50
5.3.1 實驗目的 50
5.3.2 實驗流程圖 51
5.3.3 實驗成果 52
第六章 結論與未來展望 60
6.1 結論 60
6.2 未來展望 61
參考文獻 62

[1]王廣安,“基於視覺導航之二輪倒單擺控制與應用”,國立台灣海洋大學電機工程學系碩士論文,2016。
[2]鄭仁皓,“具電腦視覺之多用途子母機器人系統設計”,國立台灣海洋大學電機工程學系碩士論文,2016。
[3]蔡鈞全,“基於網路控制之智慧家庭靈活配置模組系統”,國立台灣海洋大學電機工程學系碩士論文,2016。
[4]趙英傑,“超圖解物聯網IoT實作入門”,旗標出版股份有限公司,2016。
[5]趙英傑,“超圖解Arduino互動設計入門”,旗標出版股份有限公司,2013。
[6]施威銘,“Android App程式設計教本之無痛起步 第二版”, 旗標出版股份有限公司,2014。
[7]http://www.htc.com/tw/vive/ HTC Vive
[8]http://www.pokemongo.com/ Pokemon Go
[9]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%99%9A%E6%8B%9F%E7%8E%B0%E5%AE%9E 維基百科虛擬實境
[10]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%93%B4%E5%A2%9E%E5%AF%A6%E5%A2%83 維基百科擴增實境
[11]http://oranwind.org/linkit-7688-linkit-smart-76887688-duo-ji-chu-jiao-xue/ Linkit Smart 7688 Duo
[12]https://zh.wikipedia.org/wiki/OpenWrt 維基百科OpenWrt
[13]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%84%88%E8%A1%9D%E5%AF%AC%E5%BA%A6%E8%AA%BF%E8%AE%8A 維基百科PWM
[14]https://vr.google.com/cardboard/ Google Cardboard
[15]http://www.cmucam.org/projects/cmucam5 Pixy
[16]https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP/IP%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E6%97%8F 維基百科TCP/IP協定族
[17]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E6%96%87%E6%9C%AC%E4%BC%A0%E8%BE%93%E5%8D%8F%E8%AE%AE 維基百科超文字傳輸協定
[18]https://dotblogs.com.tw/marcus116/2011/05/29/26428 Http GET、POST Method
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