“Wave”家電控制指環(huán)

摘要：“Wave”家電控制指環(huán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“Wave”)對傳統家電控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于可穿戴設備和體感的通用家電控制方法和設備?！?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/Wave">Wave”分為體感設備和家電控制模塊兩個(gè)部分。體感部分被設計為一個(gè)指環(huán)形的可穿戴設備，側面為選擇設備用的觸摸板。它通過(guò)內置的加速度傳感器收集用戶(hù)手勢的加速度信息并識別動(dòng)作類(lèi)型，識別出動(dòng)作類(lèi)型后，將動(dòng)作編號和設備編號通過(guò)BLE(低功耗藍牙)發(fā)送給家電控制模塊?！癢ave”家電控制模塊收到設備類(lèi)型和動(dòng)作類(lèi)型后，發(fā)送預先學(xué)習的對應紅外信號，從而控制家電操作。

引言

　　智能家庭這一概念正在逐步發(fā)展并被市場(chǎng)接受。我們認為其終極形式在于所有家電的基于開(kāi)放接口的互聯(lián)互通，但基于目前的市場(chǎng)情況來(lái)看，各個(gè)家電廠(chǎng)商在開(kāi)放接口方面表現的十分不積極。在這種環(huán)境下，一個(gè)通用的家電控制平臺無(wú)疑是很有市場(chǎng)前景的。尤其是結合了體感手勢控制技術(shù)以后，“Wave”家電控制指環(huán)將提供更加自然的用戶(hù)體驗，更容易被市場(chǎng)所接受。

1 系統設計

　　“Wave”家電控制指環(huán)的主題最初確定為“通用手勢家電控制設備”?？紤]到基于視覺(jué)的控制技術(shù)有其固有缺陷，如：1與被控對象緊密綁定;2受距離、遮擋等光學(xué)限制較大。本系統使用基于MEMS傳感器的可穿戴計算解決方案。本系統的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是如何確定當前要控制的是哪個(gè)家電，我們選擇了基于觸摸的方式：將指環(huán)側面做成一體式的電容觸摸板，同時(shí)安置數個(gè)LED指示當前選擇的設備。

     使用時(shí)，將指環(huán)(體感部分)戴在大拇指或食指根部，另一手指可自然地搭在指環(huán)側面，通過(guò)滑動(dòng)選擇設備。本系統配置完成后的使用流程如下：

　　(1)戴上指環(huán)，打開(kāi)電源;

　　(2)若需要控制家電，則將手指搭在指環(huán)側面電容觸摸板上，選擇好設備(為了防止誤觸發(fā)，可使用雙擊、滑動(dòng)手勢等方式作為開(kāi)始信號)，之后，指環(huán)進(jìn)入手勢檢測模式;

　　(3)用戶(hù)用手做出預設8-10種任意一個(gè)手勢;

　　(4)家電控制模塊發(fā)出手勢動(dòng)作對應的紅外指令，控制相應的家電。

　　本系統用戶(hù)在使用前需要進(jìn)行紅外學(xué)習初始化。

　　紅外學(xué)習流程

　　(1)使用基于A(yíng)ndroid的“Wave紅外小伙伴”軟件通過(guò)BLE連接紅外收發(fā)模塊(家電控制模塊);

　　(2)在軟件界面上選擇一個(gè)設備和一個(gè)手勢，點(diǎn)擊“學(xué)習”按鈕，紅外收發(fā)模塊進(jìn)入對指定紅外指令的學(xué)習狀態(tài);

　　(3)手持被學(xué)習的設備遙控器在近距離對紅外收發(fā)模塊發(fā)出指定紅外信號;

　　(4)紅外學(xué)習成功，軟件界面上顯示“學(xué)習成功”。本系統的使用示意圖1。

2 硬件及實(shí)現

　　本系統分兩個(gè)主要子系統：指環(huán)子系統(體感部分)、紅外學(xué)習/發(fā)射子系統(家電控制模塊)。指環(huán)子系統包括STM32單片機、觸摸模塊、運動(dòng)傳感器、藍牙模塊和電源部分。紅外學(xué)習/發(fā)射子系統包括STM32單片機、紅外發(fā)射與接收頭、藍牙模塊和電源部分。這兩個(gè)子系統以STM32單片機為核心處理器，各有一個(gè)藍牙模塊，實(shí)現相互通信。作品外觀(guān)如圖2和圖3所示。它們各自的結構框圖如圖4所示。

2.1 主控單片機

　　為滿(mǎn)足作品需要，兼顧功耗、性能與體積要求，我們選用了STM32F103C8單片機。它具有72MHz的主頻，能夠滿(mǎn)足手勢檢測識別算法的需要;內置Flash可作為存儲使用，不需要外掛存儲器。同時(shí)功耗遠低于A(yíng)RM Cortex A8，A9系列的處理器。在指環(huán)子系統中，單片機的主要功能是實(shí)現手勢識別算法，接收觸摸模塊的設備選擇指令，通過(guò)藍牙模塊發(fā)送動(dòng)作編號和設備編號給紅外學(xué)習/發(fā)射子系統。在紅外學(xué)習/發(fā)射子系統中，單片機接收到動(dòng)作編號和設備編號后，發(fā)射相應設備的相應紅外控制信號，以實(shí)現家電控制。

2.2 觸摸模塊

　　電容式觸摸按鍵作為系統的輸入，與用戶(hù)進(jìn)行交互。采用TI公司的MSP430微處理器來(lái)設計RC型電容單觸式傳感器。觸摸按鍵部分由一個(gè)滑條(實(shí)際為銅箔)構成，滑條上有三個(gè)電容傳感器，每個(gè)傳感器旁設置了一個(gè)LED指示燈。用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊傳感器或者滑動(dòng)滑條，輸入已設定的指令。電容式觸摸按鍵電路板如圖5所示。

2.3 運動(dòng)傳感器

　　運動(dòng)傳感器進(jìn)行手勢檢測。MPU-9150是一種常用的9軸MEMS慣性傳感器。它在智能手機、可穿戴設備等有低功耗、低成本、高性能要求的消費性電子產(chǎn)品設備上已經(jīng)廣泛使用。它包含三軸加速度計、三軸陀螺儀以及三軸地磁計。