数据手套的设计与应用

数据手套的设计与应用 摘要: 设计采用单片机实现低成本的无线数据手套设备。基于设备实用功能及价格成本考 虑，设计使用小车作为控制载体，实现手套手势的变化对小车运动状态的控制。手套可实现 人类对小车的前进后退、加速减速、转弯等运动状态的基本控制，用不同的手指以及手指的 弯曲程度来控制小车的运动状态，代替传统的小车遥控器。通过手套五指的变化将信息无线 发送接收来实现控制小车的前后左右加速减速，人类手指能够实时精准的掌控小车的运动状 态。 本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，版权和著作权归原作者所有。 Abstract: This article designs a wireless data glove using single chip microcomputer to achieve low cost. Considering the practical function of the device and the cost， the design uses a car as the control carrier， and realizes control of car movement state through changes of glove gestures. The glove can realize basic control of car movements such as moving forward and backward， acceleration and deceleration， turning and so on. The movement of the car can be controlled by different fingers and different bending degree of fingers， instead of the traditional car controller. By changes of glove fingers， the information can be sent and received to control the car movement， so that human finger can control the car movement accurately and timely. 关键词: 单片机;无线发送接收;运动状态;传感器 Key words: SCM;send and receive the information;movement states;sensor 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)08-0131-03 0 引言 随着科学技术的发展，人机交互在多领域得到了广泛的应用，人与机器设备之间的交互 体验越发简单和自然。人们不再需要调整自己的行为被动适应机器的要求，而是用更为智能 的方式让机器听懂人类的语言。当今，不论是小小的智能手机终端还是大屏幕设备都可采用 触屏技术，使人们摆脱了繁琐的键盘输入和鼠标的控制。未来，人机交互的理想状态可通过 语言、手势、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 情等自然操作设备，而这些功能已在多种领域尝试和应用，其功能优化和发 展依赖于语音识别、手势识别、人脸识别技术的发展。另外，随着物联网智能家居产业的发 展，智能家电设备将是智能家庭空间的重要应用，如何使家庭用户与智能家电设备更自然地 交互，是各大电厂商技术竞争的动力。目前，采用较广泛的技术是在智能家电设备中嵌入无 线模块，通过无线感知、远程控制、服务的方式为家庭用户提供操作功能，而这仍需要家庭 用户通过各种终端进行操作。现今，手势识别技术取得较大发展。 手势是人类最富有表现力的交互方法和最有力的沟通手段之一。在人类的交流当中，手 势是经常使用的手段，也是人机交互领域研究的热点。基于设备实用功能及价格成本考虑， 本设计使用小车作为控制载体，实现手套手势的变化对小车运动状态的控制。通过手套五指 的变化将信息无线发送接收实现控制小车的前后左右加速减速，人类手指能够实时精准的掌 控小车的运动状态。 1 设计方案 本设计利用STC12C5A60S2单片机接收经过电阻――电压转换电路转换过的弯曲传感器 的电压信号，单片机利用片上自带的AD转换电路进行AD转换，得到手指的弯曲程度，再根 据手指不同对弯曲程度进行分别量化并对其进行判断处理，最后得到手势数据，再将手势数 据打包通过HC――12无线数据模块将数据发送出去，电路设计框图如图1所示;接收端接收数据后比对手势数据输出控制信号到LM298N模块控制小车电动机，以实现手势对于小车运动姿态的调节控制。电路设计框图如图2所示。 2 系统设计 2.1 硬件设计 本电路以STC12C5A60S2单片机为控制核心，以STC12C5A60S2最小系统为基础[1]。手势识别电路以弯曲传感器为核心获取手指弯曲程度，手指弯曲程度以电阻形式表现[6]。电阻――电压转换电路以TL431可控精密稳压源为核心，组成恒流源电路，恒流源电流流经弯曲传感器，由于手指弯曲程度不同导致弯曲传感器电阻值不同，所以流经电流后的两端电压会发生相应变化;即手指越弯曲，弯曲传感器两端电压越高。弯曲传感器?啥说缪咕?过单片机内置AD转换电路转化成相应数据，进而获取手势。无线通讯模块采用CC2530模块，将数据实时传送到小车控制端，小车控制端按照手势数据对以L298N芯片为核心的电动机驱动电路进行相应操作进而控制电动机[5]。 总体电路设计如图3所示，由单片机最小系统、传感器应用电路、电动机驱动电路三部分组成。 单片机最小系统包含电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路这五个部分，其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可[2][3]。 传感器应用电路使用TL431三端可调稳压管，构成恒压电路为PNP三极管Q1,Q5提供恒定的基极电压，传感器对地电压信号要进入单片机中进行处理，本设计使用的是电源为DC5V的STC12C5A60S2单片机，因此传感器对地电压不能超过5V，而且需要在0,5V范围内越大越好，越大取样精度越高，对手指弯曲程度判断的精确性越高[4]。 电动机驱动电路采用L298N作为主控芯片，L298N有两路电动机控制，以第一路为例，L298N的IN1、IN2分别接的是单片机的P2.1、P2.0脚，由单片机对电动机的转向及启停进行控制。当IN1、IN2都为高电平或都为低电平时电动机停止;当IN1为高电平，IN2为低电平时电动机正转;当IN1为低电平，IN2为高电平时电动机反转。并且，L298N的使能端ENA连接单片机的脉冲输出端P2.2，由脉冲输出端输出的脉冲宽度对电动机的转速进行调节，脉?_输出端输出的脉冲宽度越大电动机转速越大，脉冲输出端输出的脉冲宽度越小电动机转速越小。同理，第二路控制原理与第一路相同。两路电动机配合动作做到上述前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速等。例如当发出左转指令时左边电动机停止，右边电动机前进实现小车向左的运动姿态变化。 2.2 软件设计 手套程序是对现在使用者的手势动作进行实时检测，并且生成实时手势数据调用串口中断服务程序将手势数据发送出去，以达到手势控制小车的目的。在生成手势数据的过程中，首先将AD转换结果根据每个手指的弯曲程度进行独立划段分类，划分出每个手指伸直、半弯、全弯三种状态，再对五个手指姿态进行综合比较，识别出手势代表的阿拉伯数字;在编程过程中采用阿拉伯数字1-7的手势分别代表前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速其中运动姿态的改变。合成数字后就将数字发送到小车端由小车端进行电动机驱动，手套软件主流程图如图4所示。 小车子程序是接收到手套发出的数据之后对小车上的两驱动电动机的状态进行控制，从而实现小车的各运动姿态变化。在接收到阿拉伯数字1-7后按照程序映射关系对L298N模块进行控制，小车软件主流程图如图5所示。 3 结束语 本设计是在可穿戴设备设计中的一个全新尝试，设计了一种还未在市场上见到的可用于 商业领域的可穿戴设备。本设计原理简单，推翻了人们对于可穿戴设备可望不可及的固有理念，使低成本成为可能。CES展上，大众展出的高尔夫R Touch概念车非常酷炫。在车外对着后视镜摆摆手就自动展开;坐进车里，抬起手在头顶旁边扫一下，天窗自动打开;手对着中控台往上划一下，音量就变大……也许这些夸张了点，但是最基本的如在车内用手势来控制车里各功能的使用，一系列近距离传感器，能探测到车内人的手势，可实现滚动、选择、控制等一系列功能，甚至能自动获取周围关于商业和景点的信息、手势感应与近旁朋友联络、手势感应控制音乐播放和导航功能、调整车内温度、调整车载音乐音量、选择歌曲、调整座椅位置及改变巡航控制系统的速度等。该设计仅仅基于利用小车做载体实现人机的控制，在未来的发展中，人类的手势控制将应用于人们娱乐生活、智能医疗、智能交通手势指挥、工业生产及特殊环境作业等领域。 参考文献: [1]丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].电子工业出版社，2011. [2]STC数据手册[EB/OL]，2010. [3]王东峰.单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009. [4]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2006. [5]433M芯片数据手册，2008. [6]杨帮文.新编传感器实用宝典[M].机械工业出版社，2005.