手势识别装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及手势识别装置，尤其是一种利用加速度计和陀螺传感器实现手势识别的装置。手势识别装置包括数据采集处理单元、人机交互单元。数据采集处理单元采用6轴运动处理组件实现三轴加速度三轴角速度的测量，相对于用组合陀螺仪和加速度计的装置避免了轴间差问题，减少了大量的包装空间，具有反应灵敏、输出数据准确的优点。
【专利说明】手势识别装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及手势识别装置，尤其是一种利用加速度计和陀螺传感器实现手势识别的装置。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的快速发展，各种电子设备越来越趋于智能化，人机通信的方式也变得多种多样，更多的时候人们希望可以实现远程控制。手势识别技术便是其中之一，电子设备通过采集每个手指的姿态以及其运动状态，对采集到的数据进行分析提取进而得到指令，用于智能控制。
[0003]目前很多的手势识别技术都是基于摄像头，采集手势图像，对图像进行特征提取，经过各种复杂的算法最终得到手势指令。但基于摄像头的手势识别，需要在特定的光强条件下，测量偏差大，而且手指必须置于摄像头可视范围内，识别要求苛刻。
[0004]文献(潘纲、吴嘉慧、张大庆等一种基于加速度传感器的手势识别的方法CN101694692 A)和文献(薛洋、金连文一种基于加速度传感器的手势识别的方法CN101882000 A)均给出了一种基于加速度传感器的手势识别的方法，发明的积极效果在于减低手势识别过程中对环境和用户的依赖性，减低加速度信号中噪点和变化的影响，提高手势识别的性能。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了手势识别装置。
[0006]本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案。
[0007]手势识别装置，包括数据采集处理单元，显示数据采集处理单元输出信号的人机交互单元，所述数据采集处理单元包括第一单片机、四个MPU-6050芯片、无线发送模块，以及为第一单片机、四个MPU-6050芯片、无线发送模块提供电源电压的第一电源模块，其中，所述第一、第二 MPU-6050芯片的串行时钟信号端口均与第一单片机的第一输入端口连接，第一、第二 MPU-6050芯片的串行数据端口均与第一单片机的第二输入端口连接，第三、第四MPU-6050芯片的串行时钟信号端口均与第一单片机的第三输入端口连接，第三、第四MPU-6050芯片的串行数据端口均与第一单片机的第四输入端口连接，无线发送模块的数字I/O端口、时钟输入端口、片选端口分别与第一单片机的通用I/O端口连接，第一、第三MPU-6050芯片的Slave地址端接电源正电压，第二、第四MPU-6050芯片的Slave地址端接地。
[0008]作为所述手势识别装置的进一步优化方案，人机交互单元包括第二单片机、无线接收模块、显示屏，以及为第二单片机、无线接收模块、显示屏提供工作电源的第二电源模块，其中，所述无线接收模块的数字I/o端口、时钟输入端口、片选端口分别与第二单片机的通用I/o端口连接，显示屏的数据端接第二单片机输出端口，显示屏的命令/数据端口接第二单片机输出的控制信号，显示屏的写入端口接第二单片机输出的读写控制信号，显示屏的读出端口接第二单片机输出的显示屏工作状态信号。
[0009]作为所述手势识别装置的进一步优化方案，所述无线发送模块的通用数字输出端口与第一单片机连接，无线发送模块发送配置的触发信号或者时钟信号给第一单片机，所述无线接收模块的通用数字输出端口与第二单片机连接，无线接收模块发送配置的触发信号或者时钟信号给第二单片机。
[0010]进一步的，所述手势识别装置中，第一、第二单片机为STM32F103ZET6芯片。
[0011]进一步的，所述手势识别装置中，无线发送模块、无线接收模块为CCllOl芯片。
[0012]本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果:提出了一种通过测量线加速度和角速度来识别手势的装置，相比于图像识别具有测量偏差小、对环境的依赖小的优点；利用6轴运动处理组件实现三轴加速度三轴角速度的测量，相对于用组合陀螺仪和加速度计的装置避免了轴间差问题，减少了大量的包装空间，具有反应灵敏、输出数据准确的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型手势识别装置的框图。
[0014]图2为数据采集处理单元的电路图。
[0015]图3为人机交互单元的电路图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0017]本实用新型具体涉及的手势识别装置如图1所示，包括数据采集处理单元和人机交互单元。数据采集处理单元:包括电源模块A(即为权利要求中的第一电源模块)、三轴加速度+三轴陀螺仪模块、单片机A (即为权利要求中红的第一单片机)和无线发送模块，三轴加速度+三轴陀螺仪模块、单片机A和无线发送模块均与电源模块A相连，三轴加速度+三轴陀螺仪模块、单片机A和无线发送模块依次相连，电源模块A为三轴加速度+三轴陀螺仪模块、单片机A和无线发送模块供电。人机交互单元包括电源模块B(即为权利要求中的第二电源模块)、显示屏、单片机B (即为权利要求中的第二单片机)和无线接收模块，显示屏、单片机B和无线接收模块均与电源模块B相连，无线接收模块、单片机B和显示模块依次相连，电源模块B为显示屏、单片机B、无线接收模块供电。无线发送模块和无线接收模块之间通过无线通信进行数据的传输。
[0018]本例中，选用6轴运动处理组件MPU-6050芯片实现三轴加速度+三轴陀螺仪模块的功能，单片机A、单片机B均选用STM32F103ZET6芯片，无线发送模块和无线接收模块均选用CCllOl芯片，显示屏为TFT液晶显示屏。本例选取的芯片组合成的手势识别装置仅仅本实用新型的一个实施例，但不是对本实用新型的局限，凡是可以实现本实用新型涉及功能模块的芯片均可选用，例如:单片机还可以选用STM32F103VE、STM32F101VB等单片机芯片，无线接收模块以及无线发送模块还可以选用NRF905等芯片。
[0019]数据采集处理单元如图2所示，采用IIC总线协议，使用4片MPU-6050，MPU-6050通过SCL和SDA引脚与STM32F103ZET6进行通信。其中STM32F103ZET6的GP10C.1引脚(即为权利要求中的第一单片机第一输入端口 PC.1)与第一、第二MPU-6050的SCL引脚(串行时钟信号端口)相连，STM32F103ZET6的GP1C.3引脚(即为权利要求中的第一单片机第三输入端口 PC.3)与第三、第四MPU-6050的SCL引脚相连，提供总线的时钟信号。STM32F103ZET6的GP1C.2引脚(即为权利要求中第一单片机第二输入端口 PC.2)与第一、第二 MPU-6050的SDA管脚(串行数据端口)相连，STM32F103ZET6的GP1C.4引脚(即为权利要求中第一单片机第四输入端口 PC.4)与第三、第四MPU-6050的SDA管脚相连，用于数据的发送与接收。同时第一、第三MPU-6050的ADO (Slave地址端)均与VCC (电源模块A供给的+3.3V电压)相连，第二、第四MPU-6050)的ADO均与GND相连，以此作为IIC总线地址识别。CCllOl芯片可以通过SPI串行编程接口实现数据的接收和发送。无线发送模块中，引脚CSN(片选端口)、MOSI (数字输入端口)、MISO (数字输出端口)，SCLK (时钟输入端口)作为数字输入分别依次接在 STM32F103ZET6 的 GP1G.10、GP10G.6、GP10G.8，、GP10G.7 四个 GP1 口上，其中CSN用以使能SPI，SCLK为SPI总线提供时钟信号，MOSI为SPI总线数据输入端，MISO为SPI总线数据输出端，四者共同作用，控制CCllOl芯片无线发送数据。CCllOl芯片的⑶00、⑶02 (通用数字端口)作为通用数字I/O 口，依次接在STM32F103ZET6的GP10G.1UGP10G.9(通用数字输出端口)两个GP1 口上，可根据应用配置以产生需要的触发信号或时钟信号，电源模块A提供+3.3V直流电。
[0020]人机交互单元如图3所示，CCllOl芯片作为无线接收模块与单片机STM32F103ZET6的连接与图2所示的CCllOl芯片作为无线发送模块与单片机STM32F103ZET6的连接相同。CSN用以使能SPI，SCLK为SPI总线提供时钟信号，MOSI为SPI总线数据输入端，MISO为SPI总线数据输出端，四者共同作用，控制着CCllOl芯片无线接收数据。TFT液晶显示屏与单片机STM32F103ZET6相连，单片机STM32F103ZET6使用FSMC总线协议对液晶屏进行控制，其中液晶显示模块TFT液晶显示屏的数据引脚DO?D15依次与单片机 STM32F103ZET6 的 GP10D.14、GP10D.15、GP10D.0、GP10D.1、GP10E.7?GP10E.15、GP10D.8、GP10D.9、GP10D.10共16个GP1 口相连，提供数据和命令的交互指令。TFT液晶显示屏的RS引脚与单片机STM32F103ZET6的GP10G.0相连，STM32F103ZET6的GP10G.0输出控制信号，控制信号以高低电平区分单片机给液晶模块的是命令还是数据。TFT液晶显示屏的WR引脚与STM32F103ZET6的GP10D.5相连，STM32F103ZET6的GP10D.5相连输出读写控制信号，读写控制信号以高低电平区分单片机与液晶模块之间是读还是写状态。TFT液晶显示屏的RD引脚与STM32F103ZET6的GP10D.4相连，STM32F103ZET6的GP10D.4输出读出控制信号，读出控制信号以高低电平区分液晶模块是为空闲或是为繁忙工作状态。TFT液晶显示屏的CS引脚与STM32F103ZET6的GP10G12相连，STM32F103ZET6的GP10G12输出的控制信号以高低电平区分单片机是否使能液晶显示模块TFT液晶显示屏。TFT液晶显示屏的BL引脚与STM32F103ZET6的GP1BO相连，STM32F103ZET6的GP1BO输出的控制信号用于控制液晶的背光。电源模块B供给+3.3V直流电压。
[0021]本实用新型采用采用MPU-6050三轴加速度+三轴陀螺仪传感器识别手势，MPU-6050为整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速度计时的轴间差问题，减少了大量的包装空间。MPU-6050整合了 3轴陀螺仪、3轴加速度计，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂商之加速度计、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Mot1n Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术。
[0022]显示模块采用TFT液晶显示屏。无线发送模块和无线接收模块均采用CCllOl无线模块，CCllOl无线模块在433MHz开放ISM频段可以免许可证使用，抗干扰能力强，传输速率快，同时又能够实现低功耗。
[0023]本实用新型工作过程如下:
[0024]本实用新型的手势识别装置被固定于一支手套之上，4个MPU-6050模块分别固定于四个手指之上，将手掌竖直，利用手指做出各种手势及动作，单片机A利用与传感器直接的有线通信对数据进行实时采集，进而进行互补滤波算法进行姿态融合，互补滤波就是对加速度与陀螺仪所测算到的姿态角度信息进行权重分配，这样装置便可以抗拒由于各种原因引起的干扰和误识别，最终通过设置阀值区间得到各项姿态指标及手势识别码，将手势识别码通过无线发送模块发送到人机交互单元的无线接收模块，无线接收模块接收到信息后传送给单片机B，单片机B通过判断手势识别码找到其对应手势含义并将其传送到TFT液晶显示屏显示出来，这样使用者就可以实现远程的信息传递。只要进行相应的扩展，便可以实现手势的远程控制。
【权利要求】
1.手势识别装置，包括数据采集处理单元，显示数据采集处理单元输出信号的人机交互单元， 其特征在于，所述数据采集处理单元包括第一单片机、四个MPU-6050芯片、无线发送模块，以及为第一单片机、四个MPU-6050芯片、无线发送模块提供电源电压的第一电源模块，其中，所述第一、第二 MPU-6050芯片的串行时钟信号端口均与第一单片机的第一输入端口连接，第一、第二 MPU-6050芯片的串行数据端口均与第一单片机的第二输入端口连接，第三、第四MPU-6050芯片的串行时钟信号端口均与第一单片机的第三输入端口连接，第三、第四MPU-6050芯片的串行数据端口均与第一单片机的第四输入端口连接，无线发送模块的数字I/O端口、时钟输入端口、片选端口分别与第一单片机的通用I/O端口连接，第一、第三MPU-6050芯片的Slave地址端接电源正电压，第二、第四MPU-6050芯片的Slave地址端接地。
2.根据权利要求1所述的手势识别装置，其特征在于，所述人机交互单元包括第二单片机、无线接收模块、显示屏，以及为第二单片机、无线接收模块、显示屏提供工作电源的第二电源模块，其中，所述无线接收模块的数字I/O端口、时钟输入端口、片选端口分别与第二单片机的通用I/O端口连接，显示屏的数据端接第二单片机输出端口，显示屏的命令/数据端口接第二单片机输出的控制信号，显示屏的写入端口接第二单片机输出的读写控制信号，显示屏的读出端口接第二单片机输出的显示屏工作状态信号。
3.根据权利要求1或2所述的手势识别装置，其特征在于， 所述无线发送模块的通用数字输出端口与第一单片机连接，无线发送模块发送配置的触发信号或者时钟信号给第一单片机， 所述无线接收模块的通用数字输出端口与第二单片机连接，无线接收模块发送配置的触发信号或者时钟信号给第二单片机。
4.根据权利要求3所述的手势识别装置，其特征在于，所述第一、第二单片机为STM32F103ZET6 芯片。
5.根据权利要求3所述的手势识别装置，其特征在于，所述无线发送模块、无线接收模块为CCllOl芯片。
【文档编号】G06F3/01GK204009751SQ201420437229
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】刘恒, 杜蒙, 张一波, 范江棋, 许辰, 王冕 申请人:南京信息工程大学