基于手勢識別的智能輸入系統設計

　　速度傳感器

　　Smartmouse智能手勢輸入系統分為手持端(手勢數據采集模塊)和主機端(數據接收處理模塊)，手持端和主機端通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接。手持端可方便地佩戴在使用者手指上，對使用者的手勢數據進(jìn)行采集;主機端可實(shí)現與PC機接口，并可對手勢數據進(jìn)行接收和智能處理。

　　Smartmouse智能手勢輸入裝置的功能框圖如圖1所示。

　　圖1 系統原理框圖

　　Smartmouse智能手勢輸入裝置，可準確識別人的各種手勢并依據手勢流暢的進(jìn)行如移動(dòng)鼠標、左鍵、右鍵、刪除、確定、取消、移動(dòng)文件等等相應操作。信號采集端可實(shí)時(shí)完整的采集人手部動(dòng)作的信息，經(jīng)整理后以相應的數據格式通過(guò)2.4G無(wú)線(xiàn)頻段傳輸給PC或接收機上的主機端;主機端可在無(wú)需任何驅動(dòng)程序的前提下將自身例化為USB接口形式的鼠標鍵盤(pán)復合設備;接收數據后，對數據進(jìn)行智能化處理，識別出手勢所表達的意義，同時(shí)將相應操作反饋給PC或接收機。對手勢的識別率應達到消費類(lèi)電子的水平。

　　1系統功能實(shí)現原理

　　Smartmouse智能輸入系統采用加速度傳感器對使用者的手部動(dòng)作數據進(jìn)行采集和初步識別，結合無(wú)線(xiàn)通信和USB接口技術(shù)，通過(guò)自創(chuàng )的簡(jiǎn)單且智能的手勢識別處理算法，將得到的手部動(dòng)作信息通過(guò)USB接口傳輸給PC或接收機，使用戶(hù)能夠以更符合肢體動(dòng)作習慣的方式對PC進(jìn)行控制，給用戶(hù)帶來(lái)全新的操作體驗。

　　Smartmouse智能輸入系統硬件結構框圖如下圖2所示。

　　圖2 系統硬件結構框圖

　　(1)手勢數據采集

　　Smartmouse智能手勢輸入系統的手持端需對使用者手部動(dòng)作數據進(jìn)行連續且準確的采樣，并將采集到的手部動(dòng)作數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)形式傳輸給連接在PC機USB接口上的主機端。本系統采用美新公司生產(chǎn)的雙軸MEMS加速度傳感器芯片MXC6202xMP作為主要的手勢動(dòng)作感知器件，在正確感知手部動(dòng)作數據的同時(shí)，達到低功耗、高精度的要求。

　　(2)數據接收與處理

　　連接在PC機USB口上的主機端，即數據接收與處理模塊，將自身例化為PC機的鼠標和鍵盤(pán)復合設備，同時(shí)將通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式接收到的手勢數據通過(guò)識別算法進(jìn)行智能處理，將處理后的結果以鼠標鍵盤(pán)操作數據的形式傳輸給PC機。數據接收與處理模塊與PC機的連接過(guò)程無(wú)需安裝任何驅動(dòng)，可實(shí)現即插即用。對手勢數據的識別率能夠滿(mǎn)足消費類(lèi)電子要求。本系統中以AVR單片機為核心處理單元，負責將設備按照USB協(xié)議枚舉為USB復合設備，管理無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊對手持端進(jìn)行管理，同時(shí)將接收到的手勢數據通過(guò)自創(chuàng )的手勢識別算法進(jìn)行分析，將結果發(fā)送給主機端。

　　(3)數據的傳輸

　　采集的手勢數據的傳輸采用當前在消費類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域應用比較廣泛的2.4G頻段，在保證帶寬的前提下準確傳輸數據和控制信息，同時(shí)可實(shí)現設備休眠等降低功耗的操作。

　　(4)主機端與PC接口

　　主機端即手勢數據處理模塊通過(guò)USB接口與PC機進(jìn)行連接，將自身例化為PC機的鍵盤(pán)鼠標復合設備，在不需要任何驅動(dòng)的前提下實(shí)現即插即用。

　　(5)電源供給

　　手持端采用微型鋰電池作為電源，體積較小并可進(jìn)行重復充電與使用。同時(shí)通過(guò)休眠、停機等操作降低系統功耗。

　　主機端通過(guò)主機USB接口供電，在長(cháng)時(shí)間不使用情況下可進(jìn)行休眠操作。

　　(6)智能識別率

　　Smartmouse智能手勢輸入系統需要流暢的對PC機進(jìn)行操作，對手勢的識別率有較高要求，同時(shí)能對現今比較流行的演示軟件進(jìn)行復雜操作。本設計中通過(guò)32位AVR單片機對接收到的手勢數據進(jìn)行處理，結合本團隊自創(chuàng )的手勢識別算法，識別出手勢具有的意義。

　　2硬件平臺選用及資源配置

　　由于本系統所包含的模塊眾多、算法復雜，同時(shí)對功耗、穩定性又有很高要求，所以在平臺的選擇時(shí)分兩個(gè)步驟進(jìn)行：

　　功能實(shí)現階段，主要為完善手勢識別算法、USB接口協(xié)議、無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議等。各個(gè)部分均使用現成模塊。無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分采用TI公司生產(chǎn)的eZ430無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊;算法硬件實(shí)現和USB接口等的管理采用Atmel公司提供的EVK1100開(kāi)發(fā)板。

　　作品完善階段，在實(shí)現手勢識別算法、USB接口協(xié)議、無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議等的基礎上，使用Atmel公司的生產(chǎn)的ATXMEGA32D4單片機和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片AT86RF212自制手持端;采用AT32UC3L064單片機和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片AT86RF212實(shí)現主機端的數據接收、手勢識別算法和USB接口管理。