交互式手势扫描矩阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电子设备的人机交互技术，特别涉及一种交互式手势扫描矩阵。
【背景技术】
[0002]在业界，智能手机、平板计算机、个人数字助理(PDA)及其它移动装置等计算装置逐渐包含触摸屏、加速度计、陀螺仪、摄像头、近距离传感器等传感器，通过这些装置捕获用户手的轨迹信息，对用户特定数据进行访问和对特定手势指令进行输出。近些年来，已经开发出各种类型的用户接口系统来方便对计算机和其它电子设备的控制。交互式手势作为一种自然的人机交互语言，更加有利于人机互动，手势控制正在逐渐改变人们的生活方式和生活习惯。
[0003]当使用一些触摸屏技术时，触摸屏检测以屏幕触摸或近屏幕触摸形式的用户输入。触摸屏的优势在于除了耦合到显示器的触摸检测装置之外不需要专门的输入设备。目前可获得多种触摸屏技术，包括具有其优势和缺陷的电阻式、电容式、红外式、表面声波式和视频式。
[0004]语音控制，言语为一种自然的交流方式，然而，通过语音控制并不可靠，当在嘈杂的地方，系统将无法正常识别用户的语音命令。
[0005]通过摄像头对手势进行捕捉、处理需要复杂的算法，由于摄像头被动地接受物体反射回来的光线，受光线影响比较严重，在夜晚摄像头捕获的图像噪点比较多，在光线比较弱的地方对手势无法正常识别而易出现误操作。
【实用新型内容】
[0006]针对以上技术的不足与缺陷，本实用新型的目的旨在提供一种操作简单，便于推广，工作稳定，能够通过交互式手势控制各个电子设备的交互式手势扫描矩阵。
[0007]本实用新型的目的是通过采用以下技术方案实现的:按此目的设计的交互式手势扫描矩阵，其电路特征，包括:串入并出移位寄存器和锁存器电路单元、红外发射管驱动电路单元、红外对管矩阵电路单元、电压比较器电路单元、并入串出移位寄存器和锁存器电路单元、稳压供电电路单元、无线数据传输电路单元、数据存储电路单元、0LED显示电路单元、MCU主控电路单元。
[0008]其结构特征:红外对管的接收管处附有干涉滤光片，用于滤除除特定红外光谱之外的其余波长的光线，减小太阳光和室内照明光线的影响。
[0009]所述串入并出移位寄存器和锁存器电路单元包括74HC595芯片，通过多个串入并出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输入端输出至红外发射管驱动输入端，可以节约大量的I/o 口。
[0010]可以用其它具有串入并出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC595芯片。
[0011]可以通过多片74HC595芯片级联拓展I/O 口，以此提高手势识别的分辨率。
[0012]所述红外发射管驱动电路单元包括驱动芯片ULN2003和红外发射管驱动输入端的限流电阻；通过ULN2003等电路驱动芯片对红外发射管进行驱动；可用其它驱动电路对红外发射管进行驱动。
[0013]所述红外对管矩阵电路单元包括红外发射管的限流电阻、红外接收管的上拉电阻、红外对管矩阵；红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管的集电极接地，发射极外接上拉电阻，红外对管矩阵电路单元中所有的红外接收管一直处于工作状态，等待着发射管发射的光线的触发；当接收管没有接受到红外线时，红外接收管的PN结电阻很大，此时相当于开路，因此接收管的功耗很小；红外对管矩阵中的每一行的接收管的发射极相连并接至电压比较器的输入端，每一行的红外接收管共用同一个比较器；每一列的红外发射管的驱动信号输入端都连在一起并与串入并出移位寄存器和锁存器的并行信号输出端的某一引脚相连。
[0014]所述电压比较器电路单元包括电压比较器、滑动变阻器、动作指示灯、动作指示灯限流电阻；通过调节滑动变阻器的阻值，可以调节电压比较器预设的电压值，因此可以调节手势感应距离。
[0015]当红外接收管的发射极处的电压大于电压比较器预设的电压时，则电压比较器输出高电平，动作指示灯处于关闭状态；当红外接收管的发射极处的电压小于电压比较器预设的电压时，则电压比较器输出低电平，动作指示灯动作发光提示。
[0016]所述并入串出移位寄存器和锁存器电路单元包括:74HC165芯片、上拉电阻；上拉电阻使74HC165的并行数据输入端保持高电平，当电压比较器的输出端输出低电平时，74HC165芯片的并行数据输入端的电压被拉低。
[0017]通过多个并入串出移位寄存器和锁存器的级联，在时钟脉冲的作用下，将数据从串行数据输出端输出至MCU的I/O 口，可完成对红外接收管状态的扫描读取，可以节省大量的I/O 口 ；可以用其它具有并入串出移位寄存功能和锁存功能的芯片替代74HC165芯片；可以通过多片74HC165芯片级联拓展I/O 口，以此提高手势识别的分辨率。
[0018]当红外接收管未被触发时，则扫描值持续为高电平，若人手挡住某一个红外发射管，相应的红外接收管被触发时，则扫描值持续为低电平，动作指示灯发光，直到人手离开，红外接收管恢复触发前的状态，扫描值再次变为高电平，动作指示灯熄灭。
[0019]MCU的I/O 口与串入并出芯片的串行数据输入端相连，串入并出芯片的并行数据输出端与红外对管驱动输入端相连，红外对管驱动输出端与红外对管的发射管相连；红外接收管的发射极与电压比较器的输入端相连，电压比较器的输出端与并入串出芯片并行数据输入端相连，并入串出芯片的串行数据输出端与MCU的I/O 口相连。
[0020]当红外对管矩阵的接收管都处于工作状态时，通过分别点亮红外对管矩阵中每一列的红外发射管，然后分别对每一行的红外接收管的电平进行扫描检测并通过电压比较器对接收管的电平进行二值化处理，进而可以获得红外对管矩阵中每个红外接收管的电平状态，通过并入串出移位寄存器和锁存器将每一行的电压比较器的输出值(“0”或“1”)进行移位锁存处理，进而将相应列中每一行的电平状态送至MCU。
[0021 ] 通过循环点亮每一列的红外发射管，对每一列中相应行的电压比较器输出端的电平高低进行检测，即可得到红外矩阵的实时触发情况。通过MCU对各个矩阵场信息进行相应的处理，即可以实现手势控制。
[0022]所述稳压供电电路单元包括:稳压芯片、开关、熔断丝、稳压二极管、滤波电容、电源指示灯、限流电阻、插座。插座用于连接外部电源；稳压供电电路通过对外部电源进行限流、滤波、稳压，进而对红外对管矩阵供电。
[0023]所述无线数据传输电路单元包括WiF1、蓝牙或其它无线发射模块。
[0024]所述数据存储电路单元包括一种数据存储介质，该存储介质用于存储录入的手势特征库信息。
[0025]所述0LED显示屏电路单元用于对手势图形数据信息进行显示。
[0026]通过对用户手势的轨迹信息(手移动速度、加速度、持续时间、触发红外接收管的个数、触发轨迹数目、触发轨迹坐标)进行记录，通过算法对手势信息进行处理并对用户的手势特征进行提取，然后与预先存储的手势特征库信息进行对比，通过无线数据传输或者有线端口输出特定的指令，以此对所述用户特定数据和行为进行访问。
[0027]交互式手势扫描矩阵可以实现多点触控，所述触控点在整个手势期间得以保持，因此可以在同一时间输入至少一条运动轨迹。
[0028]该交互式手势扫描矩阵可加载多个输出端口，通过输出端口与带有屏幕的电子设备相连，可以将MCU处理后的指令和手势矩阵扫描信息以动态视频或图像的形式显示在屏幕中，该端口输出一动作指令即对应屏幕中图像的变化，例如:可用于图形交互界面，用于引导光标的移动。
[0029]该装置可作为一些交互式程序软件的程序接口，例如:体感游戏程序接口 ；对于一般的程序接口或画面，用户可以进行远距离单点或多点的手势触控操作，以智能手机为例，如:画面移动、切换或缩放等操作，而部分应用程序也提供具有虚拟按键的操作接口供用户操控。
[0030]可以建立三维的交