手勢識別器終端的設計

　　根據type_action的值，在手機界面上產(chǎn)生相應的動(dòng)作，手機界面發(fā)送不同的變化。演示終端的具體實(shí)現在下面的內容詳細介紹。

　　硬件描述

　　系統硬件分為兩個(gè)部分：CT-298和MM-2860。

　　CT-298是由MC9S08QG單片機構成、由USB總線(xiàn)電源供電的小型評估板。CT-298上安裝有按鈕開(kāi)關(guān)、LED燈、蜂鳴器等作為開(kāi)發(fā)的輸入輸出器件。同時(shí)，USB-COM轉換電路采用了FTDI公司制造的FT232R，容許單片機與電腦之間通過(guò)USB接口進(jìn)行串行通信。BDM用于代碼的燒寫(xiě)及系統的調試。

　　MM-2860是含有Freescale公司制造的MMA7260Q型三軸小量程加速度傳感器的模塊，它可以直接安裝在CT-298為其設計的插口上。MM-2860的電源是由CT-298上的MC9S08QG8單片機的PTB5端口來(lái)控制的，當PTB5端口為L(cháng)時(shí)電源接通。此外，g-SELECT開(kāi)關(guān)是選擇傳感器靈敏度的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)將MM-2860插入到CT-298的接口中即可。本系統采用加速度傳感器的靈敏度選擇為800 mV/g。

　　軟件描述

　　單片機主程序的流程如圖7所示。

　　系統上電后，首先要對單片機的硬件系統進(jìn)行初始化、配置寄存器等操作，之后才可以進(jìn)行數據采集，將加速度的值進(jìn)行A/D轉換，得到量化的值。圖片菜單是二級菜單，如果沒(méi)有接到演示系統傳給單片機進(jìn)入二級菜單的指令，則單片機一直在主程序運行，不斷地采集A/D值、進(jìn)行動(dòng)作判定，并向演示系統發(fā)送type_action的指令。演示系統可根據接收到的type_action的類(lèi)型采取相應的動(dòng)作。如果單片機接收到進(jìn)入二級菜單的命令，則進(jìn)入圖片菜單，同時(shí)也執行類(lèi)似于主程序的動(dòng)作判定程序，并不斷更新A/D采樣值，發(fā)送type_action，直到接收到退出二級菜單指令才退出。下面詳細介紹一下各個(gè)功能模塊的具體設置。

　　單片機系統主要的工作有：將加速度傳感器的模擬數據進(jìn)行A/D轉換、向演示系統發(fā)送type_action的動(dòng)作類(lèi)型、接收演示系統發(fā)來(lái)的進(jìn)出二級菜單的指令、設置采樣值，除此之外還需要對系統時(shí)鐘、外部設備(燈，buzzer)進(jìn)行配置。根據單片機的主要工作內容選擇單片機內部的功能設備，包括A/D轉換器、模定時(shí)器、串行通信模塊(SCI)、內部時(shí)鐘源模塊。

　　數據采集

　　系統設置的采樣頻率為200Hz，每秒鐘分別對X、Y、Z 三軸采樣200個(gè)數據，因此定義了三個(gè)大小為N的數組對數據進(jìn)行緩存，他們是：

　　char x_data[N];

　　char y_data[N];

　　char z_data[N];

　　這里N取50，每0.25s存取一次，1s鐘可以存取4次，保證采樣率為200。函數void acce_meas(void) 負責將采樣的數據分別放到這三個(gè)數組中，下面是程序的具體實(shí)現：

　　for(j=0;j

　　{

　　for(i=0;i<3;i++)

　　{

　　if(i==0)

　　{

　　adc_go(0); //選擇A/D信道0

　　x_data[j]= ADC_val_L; //X軸

　　}

　　else if(i==1 )

　　{

　　adc_go(6); //選擇A/D信道6

　　y_data[j]= ADC_val_L; //Y軸

　　}

　　else

　　{

　　adc_go(7); //選擇A/D信道7

　　z_data[j]= ADC_val_L; //Z軸

　　}

　　}

　　delay(); //延時(shí)函數，用來(lái)設定采樣率

　　}

　　動(dòng)作檢測

　　動(dòng)作檢測主要是用獲得的三組數據值x_data[N]、y_data[N]、z_data[N]來(lái)判定當前動(dòng)作是系統設定動(dòng)作中的哪一個(gè)，如果符合，則發(fā)送這個(gè)動(dòng)作對應的預定義值給演示終端，否則發(fā)送NO_ACTION。type_dectction()用來(lái)實(shí)現動(dòng)作檢測，其中type_move為函數內部變量，用于記錄動(dòng)作代碼。type_dectction()進(jìn)行動(dòng)作檢測的流程如圖8所示。

　　演示終端

　　J2ME平臺開(kāi)發(fā)環(huán)境配置

　　進(jìn)行J2ME的開(kāi)發(fā)需要從網(wǎng)絡(luò )上下載免費的開(kāi)發(fā)環(huán)境。運行Eclipse后進(jìn)行最后的配置：Window->preferences->J2ME->Platform Component然后右鍵選擇 Wireless Toolkil，再選擇彈出菜單中的 Add Wireless Toolkil，選擇剛剛安裝的J2ME Toolkit的安裝路徑: C:WTK22，這樣基本配置就完成了。

　　J2ME的WTK開(kāi)發(fā)包是專(zhuān)門(mén)針對移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備而設計的開(kāi)發(fā)包，并提供了一個(gè)統一的平臺。在WTK的框架下開(kāi)發(fā)出來(lái)的java程序可以被眾多的移動(dòng)設備所支持，能夠有效解決兼容性的問(wèn)題。

　　程序分為主進(jìn)程、串口監視模塊和定制化用戶(hù)界面三大部分，分別基于J2ME不同的類(lèi)庫派生而成，三部分之間通過(guò)消息機制相互聯(lián)系，共同構成整個(gè)程序的運行周期。具體每個(gè)模塊所實(shí)現的功能參考下節內容。

　　軟件應用程序的組織結構

　　本軟件應用程序在WTK的手機仿真器下進(jìn)行設計，分為Base和display兩個(gè)package。在Base Package中包含MainRoutine.java和RS232Port.java兩個(gè)java文件;在display Package中的文件較多，主要實(shí)現了UI和基本的key響應。下面介紹軟件部分的實(shí)現方法：

　　·MainRoutine類(lèi)

　　MainRoutine為程序的入口類(lèi)，它整合了程序中的所有的對象。MainRoutine派生于MIDlet類(lèi)，重載實(shí)現了MIDlet中的startApp、pauseApp、destroyApp等方法，并且在constructor中加入了exitCommand命令，從而實(shí)現了手機的關(guān)機功能。

　　可以看出MainRoutine實(shí)現了程序的入口和退出，并同時(shí)標志了程序的基本框架，給具體的功能應用打下了堅實(shí)的基礎。

　　·vCanvas類(lèi)

　　vCanvas繼承了Canvas類(lèi)，并增加了externalMsg方法。之所以在其中增加externalMsg方法，是因為其超類(lèi)Canvas不能動(dòng)態(tài)地響應key，而我們對Canvas的要求是能夠通過(guò)對串口導入的數據(或按鍵)得到的keyCode做出相應的動(dòng)作，比如圖片的翻轉、文本的滾動(dòng)等等。于是，我們可以通過(guò)vCanvas派生出一系列的子類(lèi)，實(shí)現我們的具體要求，為將來(lái)的開(kāi)發(fā)提供了方便。

　　·DisplayItem類(lèi)

　　DisplayItem是基礎類(lèi)，提供了通用的string數據組合。該類(lèi)的構造方法中需要輸入shortText、longText和extra三個(gè)string參數，這樣就保證了每個(gè)DisplayItem都可以返回三個(gè)不同長(cháng)度的文本信息，在不同的場(chǎng)合使用。其中shortText用于UI中的標題顯示，longText為Item的主體內容，extra為Item的附加信息。 DisplayItem類(lèi)在本系統中會(huì )被例化來(lái)描述菜單和子功能的內容，是應用廣泛的一個(gè)基礎類(lèi)。

　　·ImageCanvas類(lèi)

　　ImageCanvas同樣繼承于基礎類(lèi)vCanvas，它的主要功能是實(shí)現了對圖片的瀏覽及旋轉、鏡像等基本操作。

　　考慮到目前使用手機瀏覽圖片、拍攝圖片的多方向性，如果能夠通過(guò)加速度傳感器自動(dòng)校正圖片的方向，使它自動(dòng)滿(mǎn)足我們想要的方向，那么我們就免除了很多不必要的麻煩。于是我們對圖片的瀏覽功能模塊增加了向左或者向右旋轉90°的功能。這樣用戶(hù)就會(huì )驚喜地發(fā)現無(wú)論他的手機怎樣擺放，顯示的圖片將永遠保持與地面垂直。

　　·ListCanvas類(lèi)

　　ListCanvas提供了主畫(huà)面的顯示能力，并將用戶(hù)操作派生到內部聚合成員上面去。具體功能的Item將包含在ListCanvas之中，每一個(gè)Item擁有顯示在屏幕上的ShortItem，顯示在detail screen中的LongText，還有不被顯示的ExtraText，當然其信息我們也是可以得到的。在ListCanvas中，我們可以用“右鍵”顯示Item的詳細信息，也可以用SELECT鍵來(lái)標記每個(gè)Item。

　　·ItemListCanvas類(lèi)：

　　ItemListCanvas同樣繼承了vCanvas類(lèi)，實(shí)現了多條目文本瀏覽的功能，構造方法的輸入依次為Display、Displayable、Font、Title和ItemVector。將多條String構造為一個(gè)Vector傳遞給ItemListCanvas后，該類(lèi)能夠提供一個(gè)多條目文本實(shí)現的用戶(hù)界面。本系統的“關(guān)于本系統”子功能就是通過(guò)實(shí)例化該類(lèi)得到的。

　　結論

　　本系統采用Freescale的單片機MC9S08QG和加速度傳感器MMA7260Q實(shí)現了便攜式手持設備的手勢控制，并采用了開(kāi)放的J2ME平臺實(shí)現了終端應用程序。系統完整，實(shí)用性強，成本低廉，在滿(mǎn)足用戶(hù)基本操作需要的同時(shí)，增加了移動(dòng)設備操作的趣味性和靈活性。同時(shí)，加速度傳感器MMA7260Q較小的體積和獨特的節電模式更使其在移動(dòng)設備的應用中有著(zhù)極大的優(yōu)勢?？梢灶A見(jiàn)，在未來(lái)的手持設備系統中會(huì )大量采用類(lèi)似的手勢識別功能，因此具有廣闊的市場(chǎng)應用前景。