用加速度傳感器來進(jìn)行手勢識(shí)別器的設(shè)計(jì)

引言

手機(jī)、MP3播放器、硬盤播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA等設(shè)備都是通過導(dǎo)航鍵對(duì)其進(jìn)行控制的。目前比較流行的導(dǎo)航鍵控制方式有四維鍵、搖桿，這是最常見的兩種導(dǎo)航鍵，此外還有一些手機(jī)上有很新穎的導(dǎo)航鍵設(shè)計(jì)，例如：LG-KG70的滾軸鍵、LG-KE608的轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)、索愛W830的觸摸式、多普達(dá)D802的飛梭滾輪等等。這里，我們用加速度傳感器設(shè)計(jì)一種看不見的導(dǎo)航鍵來代替四維鍵的功能，這種方案更能滿足消費(fèi)者的好奇心，滿足消費(fèi)者追逐時(shí)尚的需求。

手勢識(shí)別的控制原理

本系統(tǒng)利用三軸加速度的值來判定對(duì)物體運(yùn)動(dòng)預(yù)定義的六種姿勢。首先，分別對(duì)三個(gè)軸采樣，每個(gè)軸各獲得50個(gè)數(shù)據(jù);然后，分別對(duì)每個(gè)軸上的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來判定是否發(fā)生了預(yù)定義的動(dòng)作。動(dòng)作定義在下面的部分說明，這里僅用Y軸來說明判定的原理。

獲得Y軸上的50個(gè)數(shù)據(jù)存放到數(shù)組y_data[N]中，將這50個(gè)數(shù)求和取平均值。若y_data[N]中數(shù)據(jù)最大值與最小值之差在一個(gè)設(shè)定的閾值之內(nèi)，則認(rèn)為物體在Y軸向上是沒有動(dòng)作的、靜止的，此時(shí)更新y_init值為y_data[N]求得的平均值;否則，y_data[N]中數(shù)據(jù)最大值與最小值之差超出一個(gè)設(shè)定的閾值，則認(rèn)為物體是運(yùn)動(dòng)的，y_init值不變，仍然為上一次靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的值。

圖1和圖2是Y軸分別向左、向右搖動(dòng)時(shí)采樣得到的加速度抽樣值y_data[N]。圖中紅線代表上一次靜止時(shí)的采樣值，藍(lán)線代表運(yùn)動(dòng)時(shí)的采樣值。圖1為向左搖動(dòng)時(shí)的值，可以明顯看出加速度的值較靜止時(shí)有明顯的變化，向著增大的方向變。

從圖1和圖2中可以看出，兩條黑線之間的數(shù)據(jù)很難斷定是哪個(gè)動(dòng)作產(chǎn)生的，因?yàn)閮蓚€(gè)動(dòng)作都可能產(chǎn)生這樣的值。所以，利用黑線之外的數(shù)據(jù)來判定是向右還是向左搖。因?yàn)閷?duì)于這兩個(gè)動(dòng)作，黑線之外的數(shù)據(jù)有明顯的差異，數(shù)據(jù)相差很多。對(duì)于圖1這些數(shù)據(jù)大于150，圖2中這些數(shù)據(jù)小于90。因此這些數(shù)據(jù)至少相差60，可以很容易地將向左、向右的兩個(gè)動(dòng)作區(qū)分開。

本系統(tǒng)就是根據(jù)這樣的原理來實(shí)現(xiàn)的，首先分別設(shè)定向左、向右搖時(shí)的閾值和兩個(gè)計(jì)數(shù)器;然后，將新采樣得到的50個(gè)值存放在y_data[N]中，將每個(gè)值與靜止時(shí)的值y_init比較，如果數(shù)據(jù)超出某個(gè)閾值，則在相應(yīng)的計(jì)數(shù)器上累加，直到所有50個(gè)數(shù)全部比較完畢;最后，根據(jù)計(jì)數(shù)器值的大小來判定執(zhí)行了某個(gè)動(dòng)作。

同理，利用Z軸的采樣值來判定向上、向下?lián)u，利用X、Y兩個(gè)軸來判定執(zhí)行圖片向左翻轉(zhuǎn)還是向右翻轉(zhuǎn)，這里略去。

系統(tǒng)描述

系統(tǒng)組成及功能

系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：CT-298單片機(jī)控制部分、 MM-2860加速度傳感器部分、演示終端，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

CT-298單片機(jī)控制部分主要負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的A/D變換、動(dòng)作檢測、與演示終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。MM-2860加速度傳感器部分負(fù)責(zé)加速度值的測量并將其轉(zhuǎn)換為電壓值。演示終端負(fù)責(zé)處理從單片機(jī)傳來的動(dòng)作類型并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)向單片機(jī)返回進(jìn)出二級(jí)菜單的指令。對(duì)于CT-298單片機(jī)系統(tǒng)更詳細(xì)的設(shè)計(jì)將在下面的部分介紹，這里首先介紹一下本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的動(dòng)作姿勢及代碼，以及與演示系統(tǒng)交互的指令。