一种指环手势开门的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种指环手势开门的方法和装置，它是以指环为钥匙，通过手势运动检测，经蓝牙通讯，去控制电控锁的开关，实现一种简单快捷、方便的开门方式；指环内传感器将手指的运动信号传递给控制器，控制器检测出特定的手势信号后通过蓝牙通讯传递给锁端单片机一个开门信号，锁端单片机得到开门信号后控制继电器闭合，完成电控锁的开门；本装置包含指环端和电控锁端，其指环端包括传感器模块、控制器模块和蓝牙模块，其电控锁端包括蓝牙模块、单片机模块和继电器模块。本发明旨在推出一种基于微型芯片和蓝牙通讯的操作简单、安装方便、应用领域广的一种指环手势开门的方法和装置。
【专利说明】一种指环手势开门的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明属于微型芯片和蓝牙通讯的应用领域，具体为一种非接触式动态手势控制开门的方法和装置。
【背景技术】
[0002]门锁是人们生活的必须物品，普通的门锁装置都是金属钥匙和锁，现在生活中人们常常需要佩戴很多钥匙，特别是一些宿舍管理员、仓库管理员甚至串挂几十甚至上百把钥匙，给人们生活带来很大的不便，现代也新出现了指纹锁、利用电磁感应原理的1C、ID卡门禁、依靠图像传感器的人脸识别开门、依靠红外的遥控门等。这些门在特定的场合起到了方便高效的作用，且防盗功能提高了，但是磁卡类门禁往往只能从单方向开门，而红外感应容易受到干扰，同时传统的一个钥匙一个锁的规则还是没有打破，没有给人们带来更为方便的开门方式。
[0003]随着近几年电子技术的发展，特别是微电子技术和微型处理芯片等技术的发展，使得小型的可穿戴设备也大量出现在日常生活中，如近几年的google眼镜，减肥腰带，检测身体健康状况的手环等，但关于指环的产品很少，指环戴在手上通过手势来控制的应用更少，以前的文献也有基于加速度传感器的手势运动的检测和应用，但他们大多对运动信号进行了复杂的处理，去完成手势书写的字符识别或多重运动的计算，使得产品体积太大而难以携带，甚至需要计算机才能完成对数据流时域、频域等的计算和处理。而本发明着重在于完成基本的运动类型的简单计算和判别，同时采用新型的更微小的传感和控制芯片，使得电路的尺寸可以做到一个指环的大小，便于携带和使用。
[0004]本发明将指环和开门联系在一起，提供一种以指环为钥匙，通过做手势来开门的门锁装置，是一种新的开门方式，与以往的门锁装置相比，它的应用更方便，且可以多指环控制一把锁，可以方便的应用在商店公司或学校的教室和实验室等场合，并且安装方便且安全性高。
【发明内容】
[0005]本发明是一种以指环为钥匙，以电控的锁为锁端，通过做手势来开门的方法和装置。实现一种简单快捷，方便的开门方式。
[0006]本发明对这手势运动进行检测，结合蓝牙，去控制电控锁的开关，实现一种简单快捷，方便的开门方式。指环内传感器将手指的运动信号传递给控制器，控制器检测出特定的手势信号后通过蓝牙通讯传递给锁端单片机一个开门信号，锁端单片机得到开门信号后控制继电器闭合，完成电控锁的开门；装置具体包括指环端和电控锁端；其指环端包括传感器模块、控制器模块和蓝牙模块，其电控锁端包括蓝牙模块、单片机模块和继电器模块。
[0007]本发明指环端的传感器模块、控制器模块和蓝牙模块的电路依次相连；传感器模块用于检测手势变化的数据，控制器模块完成数据的处理，检测出特定的开门信号，蓝牙模块则用于将检测到的特定的开门信号发出。其电控锁端的蓝牙模块、单片机模块和继电器模块的电路依次相连；蓝牙模块用于接收开门信号，单片机模块用于控制继电器，打开电控锁中的锁舌。
[0008]本发明的传感器采用飞思卡尔公司的微型三轴加速度传感器MMA8452Q，它体积小、功耗低、能将检测到三轴的加速度以数字信号输出，简化与MCU或微处理器的通信，并可以在I2C和SPI界面总线上通信。把它戴在手上，手指的不同运动方向，传感器就输出不同的信号，传感器检测到手指的运动信号传递给控制器；本发明的控制器采用贴片微型STC15L104E单片机，控制器根据相应的程序筛选出设定的特定信号，控制器检测到特定的手势后通过蓝牙通讯传递给锁端的单片机一个开门信号；本发明的指环端和电控锁端蓝牙都采用东芝公司推出的新型微型低功耗蓝牙TC35667FTG，蓝牙通过UART串行通信与控制器的TXD、RXD电气相连，使控制器具有通讯功能，锁端的单片机采用双面直插型普通80C52单片机，锁端蓝牙与锁端单片机也采用UART串行通讯，可以接受指环端传递来的信号，当锁端接收到开门的信号后，锁端单片机控制继电器闭合，进而电控锁开门。指环端电池采用超薄超小聚合物锂电池，锁端用12V直流电即可。
[0009]本发明的指环采用橡胶外套加薄膜电路板的形式，锁端采用一种可以电控的锁，电控锁内部有电控线路板，电控锁的锁舌端具有电磁铁，通过线路板控制电磁铁进而控制电控锁锁舌进行开门。指环上设置有一个总开关控制整个薄膜电路系统，并有指示灯显示指环与锁的配对情况，指示灯和指环上的总开关的设计使得指环只在需要开门时才工作，降低了指环功耗，延长了电池续航时间。
[0010]指环与锁端的蓝牙模块先期完成了配对，其双方的通讯采用蓝牙通讯。这样锁端就能记住指环，当下次指环靠近锁时指环与锁便可自动配对，并只能与配对的指环完成配对，蓝牙的配对功能增加了指环锁的安全性，与普通的锁相比，本发明不仅要指环与锁配套，还要经蓝牙配对，并且做对正确的手势才能开门，所以安全性高，使用方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是系统电路原理图；
[0012]图2是指环与锁的整体图，其中的图2-1是指环，图2-2电控锁；
[0013]图3是系统模块电路图；
[0014]图4是检测程序基本流程图；
【具体实施方式】
[0015]结合附图，下面具体对本发明的工作过程做出进一步的说明。
[0016]因指环大小和功耗的要求，本发明都采用低功耗和微型芯片，在本发明中的指环中的传感器采用三轴加速度传感器MMA8452Q，它是典型的新型MEMS传感器，是低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚INTl或INT2检测0g、可以实时输出高通滤波数据和非滤波数据，以及脉冲检测用于快速运动检测等功能，量程可通过命令选择3个加速度范围。MMA8452Q采用小型的3mmX 3mmX Imm QFG封装,满足指环大小的要求。
[0017]指环内的控制器采用STC15L104E微型低功耗处理器，它有8个管脚，6个I/O 口，内部自带经振复位电路，串口通讯，外部中断，和定时器T0、T1等。运行电压3.8V?2.4V,掉电模式电流小于0.4微安，正常工作电流为4毫安，尺寸4.8mmX 3.8mmX 1.35mm, SOP-8封装。
[0018]本发明蓝牙模块采用东芝公司推出的支持蓝牙通信的低功耗集成电路TC35667FTG，尺寸为6mmX6mmX0.5mm, QFN40封装，这款集成电路采用低功耗电路设计，并集成了一个高效的DC-DC转换器，可将峰值电流消耗降至6mA以下，将深度休眠电流消耗降至10nA以下，运行电流消耗为低于6.0mA，能延长小型纽扣电池的使用时间。通讯借口可用UART，I2C，SPI，GP1等方式，接受敏感度为-91dBm。
[0019]电控锁端采用通用的80C52单片机作控制器，通过蓝牙与指环进行数据交换。当单片机接收到指环传递来的信号后控制继电器通断，进而控制电控锁开门。
[0020]电控锁装在门上，指环戴在手上，相距10米内可自动配对连接，做对正确的手势就可以开门。指环上的蓝牙和传感器分别连在控制器的引脚上，从控制器引脚上获得所需的电压。对指环上的蓝牙模块和锁端的蓝牙模块设置8位数据位、I位停止位、无奇偶校验的通信格式，蓝牙模块可以和多个蓝牙配对，并可适应不同的型号和规格，指环上的蓝牙模块有指示灯，若指环和锁配上对则指示灯常亮，进而判断指环是否与锁配上对，是否可以进行做手势开门。指环上开关的作用，使指环只在需要开门时才工作，平常处于关机状态。
[0021]在图3中，上部分为指环端模块电路，加速度传感器检测手势变化所产生的数据，通过I2C总线SDA、SCL端把数据传递给控制器的P3.2、P3.3管脚，控制器通过分析数据检测出特定的手势的信号，得到特定的手势信号后控制器产生一个开门信号，通过UART串行通讯把开门信号送给蓝牙的RXD、TXD端口，指环端蓝牙将信号传递给锁端蓝牙，锁端蓝牙再通过UART串行通信传递给单片机，单片机模块接收到信号后，通过P2.4管脚输出一个脉冲给继电器模块，继电器闭合，进而控制电控锁开门。
[0022]开门的手势信号可以自主设定，如在竖直面上画个圆、水平直线、竖直直线等，并通过编程进行检测，以实施例编程检测手指的水平向右移动为特定信号为例，传感器传递给单片机三列数组，程序定义三个数组来接收X，Y，Z三轴方向上的数据，取为Char X[]=“”;Char γ[] 二“”和⑶虹ζ[]=“”，阈值的设计，是为减少指环不运动时的数据取样，指环戴在手上手指做水平向右运动，以一般的速度运动X轴数值波动都会大于70，而Y、Z轴不论速度大小值都会小于10，则X轴数值减去Y和Z轴数值都大于50，可判别为水平运动，在实际实验中每秒数据取样200次，在200-300次取样中，也即大约有一秒钟多的时间手指一直在做水平向右运动就能满足检测要求，从而控制器发出信号，通过蓝牙，锁上的单片机得到信号，从而控制继电器闭合，电控锁通电完成开锁动作。全部程序通过软件编程并写入芯片来实现。
[0023]本电控锁的锁舌为常开状态，当锁端收到开锁的手势信号后，继电器闭合，锁舌收回，完成开锁的动作，同时，设置有10秒的延长时间，过了 10秒后，锁舌又自动弹出。
[0024]在实验中，本发明分别对常用的简单的水平从左往右，竖直从上往下，顺时针画圆圈等方式进行了实验，在实际的应用中，可选用食指套入指环，保持水平稳定后，开始运动，平均的水平运动识别率为86.7%，竖直运动的识别率为84.9%，圆圈运动的识别率为81.2%，能基本满足应用的要求，对个体而言，经多次实践，习惯后检测的识别率还会提高。
[0025]所以本发明是一种基于微型芯片和蓝牙通讯的操作简单、安装方便、应用领域广的一种指环手势开门的方法和装置。
【权利要求】
1.一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于，包括: 指环内的加速度传感器将手指的运动信号传递给控制器； 控制器根据相应的程序筛选出设定的特定信号，控制器检测出特定的手势信号后通过蓝牙通讯传递给锁端单片机一个开门信号； 锁端单片机得到开门信号后控制继电器闭合，完成电控锁的开门； 所述的装置包含指环端和电控锁端，其指环端包括传感器模块、控制器模块和蓝牙模块，其电控锁端包括蓝牙模块、单片机模块和继电器模块。
2.根据权利要求1所述的一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于:其指环端的传感器模块、控制器模块和蓝牙模块的电路依次相连；传感器模块用于检测手势变化的数据，控制器模块完成数据的处理，检测出特定的开门信号，蓝牙模块则用于将检测到的特定的开门信号发出。
3.根据权利要求1所述的一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于:其电控锁端的蓝牙模块、单片机模块和继电器模块的电路依次相连；蓝牙模块用于接收开门信号，单片机模块用于控制继电器，打开电控锁中的锁舌。
4.根据权利要求1所述的一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于:其手势可以自主设定。
5.根据权利要求1所述的一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于:其加速度传感器采用飞思卡尔公司的微型传感器MMA8452Q;其控制器模块中的控制器采用微型低功耗单片机STC15L104E。
6.根据权利要求1所述的一种指环手势开门的方法和装置，其特征在于:指环与锁端的蓝牙模块先期完成了配对，其双方的通讯采用蓝牙通讯。
【文档编号】G07C9/00GK104200555SQ201410466559
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】汪建, 刘帅, 佟敬阔, 李燕 申请人:四川农业大学, 汪建