“Wave”家電控制指環(huán)

摘要：“Wave”家電控制指環(huán)(以下簡(jiǎn)稱“Wave”)對(duì)傳統(tǒng)家電控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于可穿戴設(shè)備和體感的通用家電控制方法和設(shè)備。“Wave”分為體感設(shè)備和家電控制模塊兩個(gè)部分。體感部分被設(shè)計(jì)為一個(gè)指環(huán)形的可穿戴設(shè)備，側(cè)面為選擇設(shè)備用的觸摸板。它通過(guò)內(nèi)置的加速度傳感器收集用戶手勢(shì)的加速度信息并識(shí)別動(dòng)作類型，識(shí)別出動(dòng)作類型后，將動(dòng)作編號(hào)和設(shè)備編號(hào)通過(guò)BLE(低功耗藍(lán)牙)發(fā)送給家電控制模塊。“Wave”家電控制模塊收到設(shè)備類型和動(dòng)作類型后，發(fā)送預(yù)先學(xué)習(xí)的對(duì)應(yīng)紅外信號(hào)，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(rèn)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)家電廠商在開(kāi)放接口方面表現(xiàn)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(tái)無(wú)疑是很有市場(chǎng)前景的。尤其是結(jié)合了體感手勢(shì)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體驗(yàn)，更容易被市場(chǎng)所接受。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　“Wave”家電控制指環(huán)的主題最初確定為“通用手勢(shì)家電控制設(shè)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(duì)象緊密綁定;2受距離、遮擋等光學(xué)限制較大。本系統(tǒng)使用基于MEMS傳感器的可穿戴計(jì)算解決方案。本系統(tǒng)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是如何確定當(dāng)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(cè)面做成一體式的電容觸摸板，同時(shí)安置數(shù)個(gè)LED指示當(dāng)前選擇的設(shè)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(cè)面，通過(guò)滑動(dòng)選擇設(shè)備。本系統(tǒng)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(cè)面電容觸摸板上，選擇好設(shè)備(為了防止誤觸發(fā)，可使用雙擊、滑動(dòng)手勢(shì)等方式作為開(kāi)始信號(hào))，之后，指環(huán)進(jìn)入手勢(shì)檢測(cè)模式;

　　(3)用戶用手做出預(yù)設(shè)8-10種任意一個(gè)手勢(shì);

　　(4)家電控制模塊發(fā)出手勢(shì)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的紅外指令，控制相應(yīng)的家電。

　　本系統(tǒng)用戶在使用前需要進(jìn)行紅外學(xué)習(xí)初始化。

　　紅外學(xué)習(xí)流程

　　(1)使用基于Android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(shè)備和一個(gè)手勢(shì)，點(diǎn)擊“學(xué)習(xí)”按鈕，紅外收發(fā)模塊進(jìn)入對(duì)指定紅外指令的學(xué)習(xí)狀態(tài);

　　(3)手持被學(xué)習(xí)的設(shè)備遙控器在近距離對(duì)紅外收發(fā)模塊發(fā)出指定紅外信號(hào);

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

2 硬件及實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)分兩個(gè)主要子系統(tǒng)：指環(huán)子系統(tǒng)(體感部分)、紅外學(xué)習(xí)/發(fā)射子系統(tǒng)(家電控制模塊)。指環(huán)子系統(tǒng)包括STM32單片機(jī)、觸摸模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器、藍(lán)牙模塊和電源部分。紅外學(xué)習(xí)/發(fā)射子系統(tǒng)包括STM32單片機(jī)、紅外發(fā)射與接收頭、藍(lán)牙模塊和電源部分。這兩個(gè)子系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心處理器，各有一個(gè)藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)相互通信。作品外觀如圖2和圖3所示。它們各自的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

2.1 主控單片機(jī)

　　為滿足作品需要，兼顧功耗、性能與體積要求，我們選用了STM32F103C8單片機(jī)。它具有72MHz的主頻，能夠滿足手勢(shì)檢測(cè)識(shí)別算法的需要;內(nèi)置Flash可作為存儲(chǔ)使用，不需要外掛存儲(chǔ)器。同時(shí)功耗遠(yuǎn)低于ARM Cortex A8，A9系列的處理器。在指環(huán)子系統(tǒng)中，單片機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別算法，接收觸摸模塊的設(shè)備選擇指令，通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送動(dòng)作編號(hào)和設(shè)備編號(hào)給紅外學(xué)習(xí)/發(fā)射子系統(tǒng)。在紅外學(xué)習(xí)/發(fā)射子系統(tǒng)中，單片機(jī)接收到動(dòng)作編號(hào)和設(shè)備編號(hào)后，發(fā)射相應(yīng)設(shè)備的相應(yīng)紅外控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)家電控制。

2.2 觸摸模塊

　　電容式觸摸按鍵作為系統(tǒng)的輸入，與用戶進(jìn)行交互。采用TI公司的MSP430微處理器來(lái)設(shè)計(jì)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(gòu)成，滑條上有三個(gè)電容傳感器，每個(gè)傳感器旁設(shè)置了一個(gè)LED指示燈。用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊傳感器或者滑動(dòng)滑條，輸入已設(shè)定的指令。電容式觸摸按鍵電路板如圖5所示。

2.3 運(yùn)動(dòng)傳感器

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