基于Internet的远程张力交互控制系统研究与开发

论文摘要

近年来,科学知识普及与高新技术展示的需求不断加强,国内迅速兴起了建设科技馆的热潮,利用高科技为载体,设计和开发形式新颖的科普展品,成为多学科研究与实践的热点。这些高技术展品的出现,不但丰富了人们的生活,也拓展了科技的传播途径。随着Internet的高速发展,远程实时信息传递技术受到人们的关注。针对中国科技馆新馆建设中网络技术的展示需求,将远程实时信息传递技术与传统的张力控制技术及现代的人机交互技术有机融合,设计具有参与性、对抗性、知识性的科普展品,具有挑战性。本文从展品设计的需求出发,设计了基于Internet的远程张力交互系统的总体方案,并对若干关键技术进行的重点地分析和研究。第一,针对基于Internet的远程信息实时传递问题,重点分析了网络时延问题。对比分析了几种数据传输协议,制定了合理的时延测试方案,获得了网络时延数据,以此为基础建立了时延预测算法并进行了仿真研究,并对网络延迟带来的系统滞后问题进行了Smith预估补偿设计。第二,在网络通信机制、传输协议、编程实现等网络关键技术研究的基础上,实现了张力数据的模拟实时采集和网络传输；第三,针对系统的另一个难点问题——基于视频传输的人机交互技术,本文重点研究了视频采集、压缩编码以及网络传输等关键技术,并实现了远程视频实时传输系统；第四,面向远程张力交互系统的实现,从系统构成、设备选型和软硬件设计等方面,提供了网络拔河系统的详细方案,为后续的项目实施提供实用的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及现实意义
• 1.2.1 远程控制技术概述
• 1.2.2 课题背景及来源
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 本文的内容和结构
• 第2章 系统总体分析和设计
• 2.1 系统特点及要求
• 2.2 系统的交互方式分析
• 2.2.1 人机交互技术概述
• 2.2.2 本系统交互方式分析
• 2.3 系统的力学分析和模型简化
• 2.3.1 拔河受力分析
• 2.3.2 拔河模型的简化
• 2.4 虚拟力分析和解决方案
• 2.4.1 虚拟力再现分析
• 2.4.2 虚拟力产生方案分析
• 2.5 总体方案设计
• 2.5.1 系统方案讨论
• 2.5.2 硬件基本方案设计
• 2.5.3 软件基本方案设计
• 2.5.4 系统关键点以及难点分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于Internet的远程控制技术研究
• 3.1 基于Internet远程控制系统及性能分析
• 3.2 远程控制系统控制方式研究
• 3.2.1 基于Internet远程控制方式分析
• 3.2.2 本系统控制方式分析
• 3.3 Interrnet远程控制系统中的主要问题
• 3.4 网络时延特性及实验测试分析
• 3.4.1 网络时延的产生及计算方法
• 3.4.2 网络时延的测试及结果分析
• 3.5 网络时延预测及控制算法研究
• 3.5.1 时延的预测算法研究
• 3.5.2 时延补偿控制算法研究
• 3.6 数据通信机制和协议分析
• 3.6.1 通信机制分析
• 3.6.2 系统中传输的数据类型和相应传输协议
• 3.7 网络编程关键技术
• 3.7.1 Winsock编程
• 3.7.2 C/S（客户机/服务器）模型
• 3.8 基于不同协议模型的Winsock编程实现
• 3.8.1 基于TCP协议的数据传输编程实现
• 3.8.2 基于UDP协议模型的数据传输实现
• 3.9 本章小结
• 第4章 视频关键技术研究
• 4.1 视频系统概述
• 4.2 视频采集方案分析
• 4.2.1 常用视频采集方案
• 4.2.2 DitectShow技术简介
• 4.2.3 视频采集实现
• 4.3 视频压缩编码技术研究
• 4.3.1 视频压缩编码技术概述
• 4.3.2 MPEG-4视频编码优越性分析
• 4.3.3 几种常用视频压缩方案对比实验
• 4.4 视频传输方案分析
• 4.4.1 RTP/RTCP简介
• 4.4.2 RTP/RTCP协议在视频实时传输中的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统设计与实现
• 5.1 张力控制系统的具体组成和实现
• 5.1.1 拔河系统的机械结构描述和执行电机的选择
• 5.1.2 张力控制器和控制方案的设计
• 5.1.3 控制系统实时通讯实现
• 5.2 力数据的网络传输实现
• 5.2.1 传感器数据的串口实时采集模拟
• 5.2.2 力数据的网络双向实时传输
• 5.3 视频交互的实现
• 5.3.1 视频系统结构和方案
• 5.3.2 视频系统实现
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介