基于柔性电子皮肤的多媒体电脑手势控制系统及控制方法与流程

本发明涉及传感器、信号处理技术以及无线传感网络、物联网等领域，尤其涉及一种基于柔性电子皮肤的智能多媒体电脑手势控制系统及控制方法，属于智能控制及物联网领域。

背景技术：

智能可穿戴设备作为一种新型可穿戴设备，其研究热度不断提升，其应用领域也越来越广泛。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。

随着信息科技的快速发展，多媒体形式以其良好的直观性、形象性、趣味性为越来越多的人所接受。现在，会议室己经普遍采用了计算机多媒体设备，很多学校的课堂教学也更多地被多媒体教学所替代。但是，多媒体形式也存在一些弊端，使用者无法远离计算机多媒体设备进行控制，在教学或会议演示中非常不方便。目前，应用最广泛的是无线鼠标，激光笔。但是，无线鼠标在PPT演讲时存在许多不便，而且价格在几十元到一百多元不等；激光笔的技术相对比较成熟，然而功能越完善，价格越昂贵，市场上价格一般在几十元到几百元不等，甚至有几千元的。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于柔性电子皮肤的多媒体电脑手势控制系统及控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于柔性电子皮肤的家居手势控制系统，包括手势信号采集单元、字符识别单元、单片机、信号发射模块和信号接收模块；所述手势信号采集单元包括柔性电子皮肤，用于采集比划各种手势时手背运动产生应变，并以电信号的形式输出；所述字符识别单元用于将手势信号采集单元采集的信号与其数据库中存储的数据进行比对，实现字符识别；所述单片机是将字符识别单元识别的字符编译成对应的二进制码，并控制信号发射模块发出相应的控制信号；所述信号接收模块，通过USB接口连接电脑，接收相应的无线信号对多媒体电脑进行控制。

进一步地，所述柔性电子皮肤通过以下方法制备得到：将Cu纳米线-石墨烯薄膜剪出2cm×0.5cm的长条，将两端用银胶粘上铜线，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70℃鼓风干燥箱中2h，制成柔性电子皮肤。所述Cu纳米线-石墨烯薄膜的制备方法如下:

(1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu纳米线，分散均匀后加入48-54mg抗坏血酸，分散均匀后加入3-3.8mL氧化石墨烯，移至水热反应釜中，将其置于120-160℃鼓风干燥箱中反应4-6h，再冷却至室温，就得到Cu纳米线-石墨烯复合水凝胶。

(2)将制备得到的Cu纳米线-石墨烯复合水凝胶置于0.5wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去离子水中分散均匀，得到悬浮液，再用砂芯过滤装置抽滤，便得到Cu纳米线-石墨烯薄膜。

进一步地，所述数据库通过以下方法建立：将柔性电子皮肤黏贴于用户手背上，采集用户比划各种手势时手背运动产生的应变，并以电信号的形式存储于字符识别单元；多媒体电脑每一种演示操作对应一种手势，即具有一个对应的特征波形。

进一步地，所述多媒体电脑功能包括：开始演示、下一页、上一页、结束演示等。

一种智能多媒体电脑手势控制方法，包括以下步骤：

(1)将柔性电子皮肤黏贴于手背四周，采集用户比划各种手势时手背运动产生的应变，并以电信号的形式发送给字符识别单元，每个电器名称或每个功能对应一种手势产生和一个信号波形；

(2)字符识别单元利用数据库，通过人工神经网络识别算法，对电信号中的各个波形进行识别，识别出对应多媒体电脑的所需功能；

(3)单片机将字符识别单元识别的字符编译成对应的二进制码，并控制信号发射模块发出相应的控制信号，通过信号接收模块接收相应的信号并对多媒体电脑进行控制。

进一步地，单片机可以采用型号为STC89C51的单片机。

进一步地，信号发射模块与信号接收模块使用短距离无线通讯协议，所述短距离无线通讯协议为红外通讯协议、蓝牙通讯协议、Wi-Fi通讯协议、RF通讯协议、ZigBee通讯协议、NFC近场通讯协议、UWB通讯协议。

本发明系统的优点在于：将多媒体电脑与柔性电子皮肤相结合通过手势来控制多媒体演示功能设置，将最前沿的科技应用到日常的工作与教学活动中，使生活更加的便捷和舒适。摒弃了传统无线鼠标成本高，体积大等缺点，而且这种基于测定手势运动的电信号进行识别的智能装置携带方便，操作简单，成本低，体积小，实时性好，而且利于产业化，具有很好的应用前景。

附图说明：

图1是将柔性皮肤传感器贴在手背四周测比划手势时手背振动的效果图；

图2是握拳时用吉时利2400表测出贴在手背上柔性皮肤传感器的电信号波形；

图3是摆手时用吉时利2400表测出贴在手背上柔性皮肤传感器的电信号波形；

图4是本发明系统的流程框图。

具体实施方式:

一种基于柔性电子皮肤的多媒体电脑手势控制系统，包括手势信号采集单元、字符识别单元、单片机、信号发射模块和信号接收模块；

所述手势信号采集单元包括柔性电子皮肤，用于采集比划各种手势时手背运动产生应变，并以电信号的形式输出；

所述的手势信号采集单元，主要部件为柔性电子皮肤，柔性电子皮肤的制作方法为:将Cu纳米线-石墨烯薄膜剪出2cm×0.5cm的长条，将两端用银胶粘上铜线，再嵌入PDMS中，置于70℃鼓风干燥箱中2h，制成柔性电子皮肤。其中,Cu纳米线-石墨烯薄膜的制备方法如下:

(1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu纳米线，分散均匀后加入48-54mg抗坏血酸，分散均匀后加入3-3.8mL氧化石墨烯，移至水热反应釜中，将其置于120-160℃鼓风干燥箱中反应4-6h，再冷却至室温，就得到Cu纳米线-石墨烯复合水凝胶。

(2)将制备得到的Cu纳米线-石墨烯复合水凝胶置于0.5wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去离子水中分散均匀，得到悬浮液，再用砂芯过滤装置抽滤，便得到Cu纳米线-石墨烯薄膜。

柔性电子皮肤具有较高的灵敏性和稳定性，其形状和大小可以根据每个人的手背特征进行定制，确保柔性电子皮肤可以紧贴在手背的上方，灵敏的采集比划手势时的振动。

所述字符识别单元用于将手势信号采集单元采集的信号与其数据库中存储的数据进行比对，根据人工神经网络算法来实现字符识别；

数据库是通过训练而建立的，在用户使用前，首先要根据用户手背特征制作完全可以使柔性皮肤传感器紧贴手背上方的智能装置。接着需要交付用户进行训练，得到符合用户动作习惯的多媒体电脑演示操作的手势振动电信号，将这些信号建立一个数据库。

在识别过程中，贴上我们设计的符合自己手背特征的智能装置，当用户比划手势时，由于手背运动的变化使得手背四周会产生振动，紧贴手背的柔性皮肤传感器同时跟随手背的振动会产生表面的微变形，从而引起电阻应变片传感器中应变片的形变，使得应变片电阻值发生变化，从而使应变片上对外输出的电压值也会发生变化，此电压信号输入到单片机的模拟量采集端口，单片机对采集到的模拟电压信号进行模数转换，变为能够反映每个手势特征的数字量。单片机得到反映每个手势特征的数字量，通过识别的人工神经网络的识别算法，将数据库中的信号和这些信号进行一一比对识别，得到识别的结果。本发明中的数据库，一方面需要存入各种演示操作名称的电流信号，另一方面也需要存入与之对应的功能选项的电流信号。对于多媒体电脑，需要存入开始演示、下一页、上一页、结束演示等功能选项的电流波形。

所述单片机是将字符识别单元识别的字符编译成对应的二进制码，并控制信号发射模块发出相应的控制信号，被信号接收模块接收从而对多媒体电脑进行控制。在字符识别单元识别结束后，识别结果进入单片机，将识别的字符编译成一个二进制编码，每个手势的电信号波形对应的二进制编码是不同的，即手势信号识别数据库对应一个二进制编码数据库。信号接收模块接收到信号就会对信号的编码根据已经设定的协议进行解码，接着实现多媒体电脑相应的功能。本发明中单片机、信号发射和接收模块的无线通讯协议均是基于现有技术。信号发射模块与信号接收模块使用短距离无线通讯协议，为红外通讯协议、蓝牙通讯协议、Wi-Fi通讯协议、RF通讯协议、ZigBee通讯协议、NFC近场通讯协议、UWB通讯协议。具体的实施过程：用户在手背上贴上我们的柔性电子皮肤比划一个“握拳”的手势，系统将采集到的电信号波形输入到字符数据库中进行识别，识别出“握拳”手势的信号波形，单片机将该信号波形所对应的二进制编码输入到信号发射模块电路中，信号发射模块将二进制代码通过无线通讯协议发射出去，信号接收模块再对信号的编码根据设定的协议进行解码，识别出“握拳”为开始放映的信号，并驱动多媒体电脑开始幻灯片放映。用户接着伸出食指向右滑动比划出“摆手”的手势，系统会经过同样的过程实现多媒体电脑演示过程中往后翻页的功能。如果你比划的手势所代表的多媒体电脑演示功能在数据库中没有或者识别不出来，则系统会亮灯提醒重新输入或者提示本输入无效等。