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声学计算机键盘原理研究与实现

作　者: 姜玉蕾
导　师: 付永庆
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电路与系统
关键词: 声学键盘麦克风阵列数据采集时间反转
分类号: TP334.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 4次
引　用: 0次
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内容摘要

随着计算机技术的发展,人们对计算机的外观、体积提出了更高的要求。键盘作为计算机组成的一个重要部分,也必然会朝着简洁、易携带方向发展。本文提出了声学键盘的思想并且研究了它的原理以及实现方法。我们以一张印有各种键盘符号的白纸作为键盘,通过特殊的麦克风阵列拾取敲击纸键盘的声音,送信号调理电路处理后,由数据采集卡进行模数转换；再经定位运算取得敲击音的位置；最后,通过查表得到敲击的字符。声学计算机键盘仅用一张白纸代替了传统台式机的键盘,既节省了成本又减少了传统键盘原材料销毁产生的污染和浪费,对于减少计算机体积以及环保都有着重要的意义。文中首先介绍了声学计算机键盘系统的整体架构,然后分别介绍了纸键盘的设计麦克风阵列的设计、信号调理电路及数据采集部分以及阵列幅相误差的校正。接着,又详细介绍了数据采集部分的软件设计,阐述了双卡同步的配置方法。在介绍时间反转定位算法(TRM)的基础上,建立了敲击音定位的数学模型。在对定位算法进行计算机仿真得出较理想的效果后,作者将该定位算法用在了实际的敲击音定位中,并且获得了较好的定位效果。另外,论述了键值提取的方法,为了解决实际使用中纸键盘的放置问题,文中还给出了一个键盘移动的解决方案。最后,为了演示声学键盘的可行性以及本定位算法的性能,文中设计了一个声学计算机键盘的实物演示界面,并且给出了在Visual C++中驱动数据采集卡采集数据以及将定位算法嵌入到演示平台中的方法。通过声学计算机键盘演示平台,我们可以很容易的观察本文中定位算法良好的效果。这验证了其用于声学计算机键盘研究的潜力,为进一步研究并改进声学计算机键盘提供了基础和理论指导。

全文目录

摘要 5-6ABSTRACT 6-9第1章绪论 9-13 1.1 背景和意义 9-11 1.2 研究现状 11 1.3 本文研究的主要内容 11-12 1.4 论文章节安排 12-13第2章声学计算机键盘模型 13-24 2.1 纸键盘的设计 13-15 2.2 麦克风阵列设计 15-16 2.3 信号调理及A/D采样电路 16-17 2.4 敲击音信号的时域和频域特性 17-18 2.5 基于麦克风阵列的敲击音信号 18-19 2.6 阵列幅相误差校正 19-21 2.7 键值提取方法 21-23 2.8 本章小结 23-24第3章利用Labview进行数据采集 24-36 3.1 数据采集卡PCI-6024E 24-27 3.2 多卡同步采集实现条件 27-31 3.2.1 采样保持电路 27-29 3.2.2 RTSI总线 29-31 3.3 多卡同步采集的设计 31-35 3.3.1 多卡采集硬件配置 31-34 3.3.2 数据采集软件设计 34-35 3.4 本章小结 35-36第4章基于麦克风阵列的近场源定位算法 36-48 4.1 TRM技术介绍 36-39 4.2 近场声源定位的TRM算法 39-41 4.2.1 近场源定位麦克风阵模型 39 4.2.2 基于TRM的近场定位方法 39-41 4.3 TRM算法的计算机仿真 41-43 4.4 TRM定位算法的计算机声学键盘应用 43-47 4.5 本章小结 47-48第5章声学计算机键盘实物演示平台 48-63 5.1 平台整体介绍 48-49 5.2 实物演示平台设计 49-53 5.3 现场数据采集定位程序的设计 53-56 5.3.1 Labwindows/CVI介绍 54 5.3.2 VC++平台下控制数据采集卡 54-56 5.4 定位算法的嵌入 56-60 5.4.1 Matcom介绍 57-59 5.4.2 混合编程在VC++环境下的设置 59-60 5.5 声学计算机键盘系统定位实验效果分析 60-62 5.5.1 定位效果分析 60-61 5.5.2 影响声学计算机键盘的因素 61-62 5.6 本章小结 62-63结论 63-64参考文献 64-66攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 66-67致谢 67

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