一种手势控制系统及电子设备的制作方法

本发明涉及便携式收听设备技术领域，尤其涉及一种手势控制系统及电子设备。

背景技术：

目前市面上大多数真正无线立体声(truewirelessstereo，tws)耳机的人机交互方式可以大致归结为以下三类：第一类，采用传统实体按键的方式对耳机进行人机交互控制，用户可以通过在手机等实体设备上进行点击按键等操作对耳机进行控制，这类方案优点在于成本低，方案成熟可靠，但是其交互方式比较简单且趣味性低；第二类，采用触控的方式，通过在耳机上安装触控面板，通过识别手指在触控面板的操作并将其传递给耳机的主机，使得主机发出命令对耳机进行控制。这类方案受限于触控面积，指令控制操作也较为有限；第三类，采用手势识别的方式，将耳机结合相关手势识别技术，耳机识别到相关手势指令，并将其传递给主机使其发出相关命令。该方案增加了交互的趣味性且大大丰富了操作的手势。

但是现在手势识别方案一般采用光学红外技术对人体的手势进行识别和采集，之后通过相应协议将采集得到的手势指令传递给主机，使得主机对耳机发出操控命令。但是基于光学红外技术的手势识别过程容易受到周围环境以及光线强度的影响，造成识别成功率下降。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种手势控制系统及电子设备，以解决现有手势识别方案识别成功率较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种手势控制系统，包括：超声手势识别模块、数据处理模块、微控制器和执行部件；

所述超声手势识别模块包括阵列排布的多个超声传感器，用于检测手势操作，并根据所述手势操作形成电信号；所述数据处理模块与所述超声手势识别模块电连接，用于识别所述手势操作形成的电信号对应的动作指令；

所述微控制器与所述数据处理模块电连接，用于根据所述动作指令生成操控指令，并将所述操控指令发送至所述执行部件，使得所述执行部件执行所述操控指令对应的反馈操作。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括本发明任意实施例提供的手势控制系统。

本发明中，手势控制系统包括超声手势识别模块，通过阵列排布的超声传感器检测用户手势操作，并将测得的手势操作转换为电信号，手势控制系统还包括数据处理模块、微控制器和执行部件，其中，数据处理模块能够识别手势操作对应的动作指令，微控制器能够根据动作指令生成操控指令，并且微控制器与执行部件连接，能够通过操控指令控制执行部件执行操控指令对应的反馈操作，从而完成通过手势操作实现对电子设备的无接触式控制，拓展了电子设备的操控途径，增强了操控的趣味性。并且，相对于光学红外识别技术，超声传感器的超声识别方式不易受到周围环境和光线的影响，手势操作的识别成功率较高。此外，基于超声识别方式的手势控制系统，可以不依赖于高带宽的接收器，降低功耗，并提高了手势控制系统的集成度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种手势控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种超声手势识别模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种数据处理模块的结构示意；

图4是本发明实施例提供的一种手势控制系统的集成示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种手势控制系统的集成示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种手势控制系统的集成示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种手势控制系统，包括：超声手势识别模块、数据处理模块、微控制器和执行部件；

超声手势识别模块包括阵列排布的多个超声传感器，用于检测手势操作，并根据手势操作形成电信号；数据处理模块与超声手势识别模块电连接，用于识别手势操作形成的电信号对应的动作指令；

微控制器与数据处理模块电连接，用于根据动作指令生成操控指令，并将操控指令发送至执行部件，使得执行部件执行操控指令对应的反馈操作。

本发明实施例中，手势控制系统包括超声手势识别模块，通过阵列排布的超声传感器检测用户手势操作，并将测得的手势操作转换为电信号，手势控制系统还包括数据处理模块、微控制器和执行部件，其中，数据处理模块能够识别手势操作对应的动作指令，微控制器能够根据动作指令生成操控指令，并且微控制器与执行部件连接，能够通过操控指令控制执行部件执行操控指令对应的反馈操作，从而完成通过手势操作实现对电子设备的无接触式控制，拓展了电子设备的操控途径，增强了操控的趣味性。并且，相对于光学红外识别技术，超声传感器的超声识别方式不易受到周围环境和光线的影响，手势操作的识别成功率较高。此外，基于超声识别方式的手势控制系统，可以不依赖于高带宽的接收器，降低功耗，并提高了手势控制系统的集成度。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种手势控制系统的结构示意图，如图1所示，手势控制系统包括超声手势识别模块11、数据处理模块12、微控制器13和执行部件14，超声手势识别模块11包括阵列排布的超声传感器111，能够通过超声波信号的反射等性质检测用户的手势操作，并将用户的手势操作返回的超声波信号转换为电信号。数据处理模块12可接收超声手势识别模块11发送的由超声波信号转换成的电信号，并能够根据该电信号识别用户手势操作对应的动作指令。本实施例中，用户的手势操作与动作指令为一一对应的关系，可通过用户设定手势操作与动作指令之间的对应关系，也可以系统设置手势操作与动作指令之间的对应关系。微控制器13用于接收数据处理模块12输出的动作指令，微控制器13能够根据动作指令生成相应的操控指令，使得执行部件14能够根据操控指令执行与动作指令相对应的反馈操作。本实施例中，采用基于超声波信号的手势识别技术，相对于光学红外识别技术，受环境光线强弱影响较小，手势识别成功率较高。并且，对于光学红外识别技术，其需要高带宽的接收器，因而会增加整个系统的功耗，造成系统的体积较大，不利于系统的集成化设置，而基于超声波信号的手势控制系统不依赖于较高带宽的接收器，可降低功耗，提高手势控制系统的集成度。超声手势识别模块11中可集成有多个阵列排布的超声传感器111，能够检测二维或二维以上的手势操作，提高了手势识别的精准性。

需要注意的是，上述手势控制系统可应用于手机、电脑、ipad、可穿戴设备、无线耳机以及音响等电子设备中，以实现对电子设备的无接触式调节和控制，示例性的，通过手势操作实现对上述电子设备的开启、关闭、声音以及视频播放、音频播放等动作指令，增强了用户与电子设备之间交互的趣味性，并且能够拓宽电子设备的操作方式，便于电子设备上更多动作指令的集成。

在本实施例的一个具体示例中，上述手势控制系统可应用于无线耳机，例如，真正无线立体声(truewirelessstereo，tws)耳机，动作指令可以包括下述至少一项：启动设备、切换曲目、调高音量、调低音量和关闭设备。当上述手势控制系统应用于无线耳机时，可通过上述手势操作实现上述动作指令。对于无线耳机，其动作指令可以包括上述启动耳机设备、关闭耳机设备、调高音量、调低音量以及切换曲目等动作指令，此外，还可以包括暂停播放、删除曲目等动作指令，本实施例不对基于无线耳机的动作指令进行限定。

此外上述手势控制系统应用于其他的电子设备时，上述动作指令还可以包括其他操作。示例性的，若手势控制系统应用于手机，则上述动作指令可以包括文档翻页、打开窗口、关闭窗口以及视频切换等，例如，用户在浏览小视频时，可通过手势操作对手机发送动作指令，实现无接触式操作。

可选的，手势操作至少包括下述至少一项：抬手静止、抬手平移和抬手画线。本实施例中，为每个动作指令设置一一对应的手势操作，示例性的，当需要打开电子设备时，用户可抬手静止在电子设备的一侧，使得电子设备上的超声手势识别模块11通过超声波信号对手势操作进行检测，超声手势识别模块11检测到电子设备一侧的手势操作，从而使得数据处理模块12对手势操作进行识别，获取手势操作对应的动作指令，便于执行动作指令对应的反馈操作。此外，用户还可以在电子设备的一侧进行抬手平移的手势操作，以及抬手画线的手势操作。具体的，抬手画线的手势操作可以包括抬手画圆，抬手画“√”，抬手画“l”，抬手画“×”等操作，本实施例对具体画线形状不进行限定。若电子设备为无线耳机，则可通过抬手平移操作实现切换曲目的动作指令，例如，抬手向左平移对应“前一首”的动作指令，抬手向右平移对应“后一首”的动作指令。还可以通过抬手画线的手势操作实现无线耳机“暂停”和“播放”的动作指令，例如，通过抬手在电子设备的一侧画“√”，实现无线耳机的“播放”动作指令，通过抬手在电子设备的一侧画“×”，实现无线耳机的“暂停”动作指令。

可选的，如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种超声手势识别模块的结构示意图，超声手势识别模块可以包括：超声信号发射单元112、超声信号接收单元113、模拟数据处理单元114和模数转换单元115；超声信号发射单元112包括阵列排布的多个超声传感器111，用于发射超声波信号；超声信号接收单元113包括阵列排布的多个超声传感器111，用于接收经过人体的手势操作反射回来的超声波信号，并将超声波信号转换电信号；模拟数据处理单元114用于将电信号进行放大和滤波处理；模数转换单元115用于将电信号由模拟信号转换为数字信号。

超声信号发射单元112包括阵列排布的多个超声传感器111，可发射大电压的超声波信号，超声信号接收单元113同样包括阵列排布的多个超声传感器111，能够检测人体表面反射回来的超声波信号，进而检测人体摆出的手势操作，阵列排布的超声传感器111能够通过三维手势识别算法，对人体具体的手势操作进行检测，并能够将将超声波信号转换为电信号。可选的，超声传感器111可以为压电超声换能器。压电超声换能器的压电转换效率决定了超声手势识别模块的超声波接收性能，压电超声换能器阵列具有发射或接收超声波信号的功能，可选的，超声信号接收单元113的超声传感器111可以复用为超声信号发射单元112的超声传感器111，从而有效降低超声传感器111的设置数量，减小超声手势识别模块的集成尺寸，提高手势控制系统的集成度。由于超声波信号在空气中传播时会出现损耗，并且超声波信号的频率越高损耗越严重，因此我们需要选择频率较低的超声波信号进行手势操作的检测，并且需要设置对应的高压驱动电路对超声信号发射单元112进行驱动，从而增大手势控制系统的可测距离和范围，避免人体距离电子设备较远时，无法检测到手势操作的情况。

模拟数据处理单元114能够将标识手势操作的电信号进行放大和滤波处理，从而对上述电信号进行放大和去噪处理，使得超声手势识别模块获取准确的手势操作的相关信息，增强手势操作识别的精准性。具体的，模拟数据处理单元114包括模拟信号滤波器和模拟信号放大器，其中，模拟信号滤波器能够有效增加手势控制系统的测量范围和抗外界噪声的性能。模拟信号放大器能够有效降低噪声，实现高速以及合理的放大倍数。可选的，本实施例中，模拟信号放大器可以为带通式滤波器，能够有效滤除高频和低频噪声，便于后续模块更加精准的对电信号进行处理。

模数转换单元115与模拟数据处理单元114电连接，能够将电信号由模拟信号转换为数字信号。可选的，上述模数转换单元115包括模数转换电路，该模数转换电路为多转换位数的模数转换电路，具有转换速率高，功耗低的优点。

如图3所示，图3是本发明实施例提供的一种数据处理模块的结构示意。可选的，数据处理模块可以包括：手势识别信号单元121、动作指令生成单元122和动作指令库123；手势识别信号单元121用于获取并保存模数转换单元输出的手势操作对应的数字信号；动作指令生成单元122用于将数字信号在动作指令库123中进行匹配，以获取数字信号对应的动作指令；动作指令库123中存储有动作指令表，动作指令表包括一一对应设置的数字信号和动作指令；动作指令生成单元122还用于根据动作指令生成指令代码，并将指令代码发送至微控制器，使得微控制器根据指令代码生成操控指令。

数据处理模块的主要作用是处理模数转换单元转换后的数字信号，并根据该标识手势操作的数字信号识别出手势操作对应的动作指令。在此之前，需要根据手势操作与动作指令的一一对应的关系建立动作指令库23，该动作指令库23包括由动作指令表，该动作指令表记录了标识手势操作的数字信号与动作指令之间的一一对应的关系，也即，数字信号与对应的动作指令之间建立索引关系，使得数据处理模块能够根据数字信号获取匹配的动作指令。示例性的，图3中数字信号“x1”匹配动作指令“上一曲”，数字信号“x2”匹配动作指令“下一曲”，从而能够根据该索引关系，快速定位数字信号对应的动作指令，提高手势控制系统的手势识别效率。数据处理模块的手势识别信号单元21能够将模数转换单元输出的手势操作转换的数字信号进行接收并存储，动作指令生成单元22可获取该数字信号，并能够上述动作指令表中的索引关系，获取与该数字信号匹配的动作指令。在此基础上，动作指令生成单元22还用于根据动作指令生成指令代码，微控制器能够根据该指令代码生成与手势操作对应的操控指令，从而使得执行部件根据操作指令进行反馈操作，上述反馈操作与动作指令一一对应，是电子设备将动作指令进行实现的操作。示例性的，若动作指令为“上一曲”，则相应的反馈操作使得无线耳机进行上一曲的播放。

上述手势控制系统一般集成于电子设备中，当上述手势控制系统应用于无线耳机时，电子设备还包括与无线耳机匹配工作的主机设备(例如，手机、ipad等)，上述手势控制系统的部分模块集成于无线耳机中，部分模块集成于与无线耳机无线连接的主体设备中。以下将介绍多种不同的手势控制系统在无线耳机和主体上的集成方式：

如图4所示，图4是本发明实施例提供的一种手势控制系统的集成示意图，可选的，手势控制系统还可以包括：第一通信模块15和第二通信模块16；超声手势识别模块11、数据处理模块12和第一通信模块15设置于主机设备21上；微控制器13、执行部件14和第二通信模块16设置于与主机设备21无线连接的无线耳机22上；第一通信模块15与数据处理模块12连接，用于将动作指令传输至无线耳机22的第二通信模块16；第二通信模块16与微控制器13连接，用于将动作指令发送至微控制器13。

本示例中，超声手势识别模块11和数据处理模块12集成于主机设备21，因为数据处理模块12处理和存储大量的数字信号的动作指令的对应关系，需要设置存储器，所占物理空间加大，将其集成于无线耳机22上较为困难，所以可将数据处理模块12设置于主机设备21上，通过第一通信模块15将数据处理模块12输出的动作指令传输至无线耳机22的第二通信模块16，使得无线耳机22上的微控制器13控制执行部件14进行反馈操作，则无线耳机22仅集成了微控制器13和执行部件14，集成尺寸较小，便于将手势控制系统应用于无线耳机22。需要注意的是，本示例中超声手势识别模块11集成于主机设备21，当用户通过手势操作对无线耳机进行控制时，需要在靠近主机设备21的位置进行手势操作。

如图5所示，图5是本发明实施例提供的另一种手势控制系统的集成示意图，可选的，手势控制系统还可以包括：第一通信模块15和第二通信模块16；数据处理模块12和第一通信模块15设置于主机设备21上，超声手势识别模块11、微控制器13、执行部件14和第二通信模块16设置于与主机设备21无线连接的无线耳机22上；第二通信模块16与超声手势识别模块11连接，用于将电信号传输至主机设备21上的第一通信模块15；第一通信模块15与数据处理模块12连接，用于将电信号发送至数据处理模块12；第一通信模块15还用于将数据处理模块12输出的动作指令发送至第二通信模块16；第二通信模块16与微控制器13连接，用于将动作指令发送至微控制器13。

本示例中，超声手势识别模块11、微控制器13和执行部件14集成于无线耳机22上，数据处理模块12设置于主机设备21上，第二通信模块16可将无线耳机22上的超声手势识别模块11输出的与手势操作对应的电信号发送至主机设备21上的第一通信模块15，使得第一通信模块15将电信号发送至数据处理模块12，同时，第一通信模块15可将数据处理模块12输出的动作指令通过第二通信模块发送至微控制器13。需要注意的是，本示例中超声手势识别模块11集成于无线耳机22上，当用户通过手势操作对无线耳机进行控制时，需要在靠近无线耳机22的位置进行手势操作。

如图6所示，图6是本发明实施例提供的另一种手势控制系统的集成示意图，可选的，手势控制系统还可以包括：第一通信模块15和第二通信模块16；数据处理模块12、微控制器13和第一通信模块15设置于主机设备21上，超声手势识别模块11、执行部件14和第二通信模块16设置于与主机设备21无线连接的无线耳机22上；第二通信模块16与超声手势识别模块11连接，用于将电信号传输至主机设备21上的第一通信模块15；第一通信模块15与数据处理模块12连接，用于将电信号发送至数据处理模块12；第一通信模块15还与微控制器13连接，用于将微控制器13输出的操控指令发送至第二通信模块16；第二通信模块16与执行部件14连接，用于将操控指令发送至执行部件14。

本示例中，数据处理模块12和微控制器13集成在主机设备21上，超声手势识别模块11和执行部件14集成在无线耳机22上，第二通信模块16将无线耳机22上的超声手势识别模块11输出的与手势操作对应的电信号发送至主机设备21的第一通信模块15，使得第一通信模块15将电信号发送至数据处理模块12，数据处理模块12将与手势操作对应的动作指令发送至微控制器13，使得微控制器13发送操控指令至第一通信模块15，使得第一通信模块15通过第二通信模块16将操控指令发送至执行部件14。需要注意的是，本示例中超声手势识别模块11集成于无线耳机22上，当用户通过手势操作对无线耳机进行控制时，需要在靠近无线耳机22的位置进行手势操作。

可选的，第一通信模块15和第二通信模块16可以包括蓝牙模块、5g模块、4g模块或wifi模块中的至少一项。此外，第一通信模块15和第二通信模块16之间还可以通过其他无线方式连接，本实施例对此不进行限定。

本发明实施例通过超声波信号实现手势操作的识别过程，超声波信号对环境光线敏感度较低，功耗较低，可集成度较高。此外，本实施例提供的手势控制系统可操作性强，可移植性强，可以集成于多种电子设备中，本实施例仅以无线耳机进行示意，对于可穿戴设备等电子设备，均可集成上述手势控制系统，以便于电子设备的使用。

本发明实施例还提供一种电子设备。图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图7所示，本发明实施例提供的电子设备2包括本发明任意实施例的手势控制系统1。电子设备可以为手机，也可以为电脑、电视机、智能穿戴设备等，本实施例对此不作特殊限定。本实施电子设备包含本发明任意实施例提供的手势控制系统的全部技术特征，具备手势控制系统的有益效果。

如图8所示，图8是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图，可选的，电子设备还可以包括：主体设备21以及与主体设备21无线连接的无线耳机22；无线耳机22集成有手势控制系统的超声手势识别模块、微控制器和执行部件；主体设备21集成有手势控制系统的数据处理模块。本实施例中，超声手势识别模块、微控制器和执行部件集成于无线耳机22，数据处理模块设置于主体设备21，有效解决数据处理模块较大，不易集成于无线耳机22的问题。本实施例中，当用户在无线耳机22旁做出手势操作时，无线耳机22中的超声手势识别模块即可通过超声波信号对手势操作进行精确识别，从而控制无线耳机22执行与手势操作对应的反馈操作。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。