用加速度傳感器來進行手勢識別器的設計

引言

手機、MP3播放器、硬盤播放器、數碼相機、PDA等設備都是通過導航鍵對其進行控制的。目前比較流行的導航鍵控制方式有四維鍵、搖桿，這是最常見的兩種導航鍵，此外還有一些手機上有很新穎的導航鍵設計，例如：LG-KG70的滾軸鍵、LG-KE608的轉盤設計、索愛W830的觸摸式、多普達D802的飛梭滾輪等等。這里，我們用加速度傳感器設計一種看不見的導航鍵來代替四維鍵的功能，這種方案更能滿足消費者的好奇心，滿足消費者追逐時尚的需求。

手勢識別的控制原理

本系統利用三軸加速度的值來判定對物體運動預定義的六種姿勢。首先，分別對三個軸采樣，每個軸各獲得50個數據;然后，分別對每個軸上的數據進行處理來判定是否發生了預定義的動作。動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個數據存放到數組y_data[N]中，將這50個數求和取平均值。若y_data[N]中數據最大值與最小值之差在一個設定的閾值之內，則認為物體在Y軸向上是沒有動作的、靜止的，此時更新y_init值為y_data[N]求得的平均值;否則，y_data[N]中數據最大值與最小值之差超出一個設定的閾值，則認為物體是運動的，y_init值不變，仍然為上一次靜止狀態時的值。

圖1和圖2是Y軸分別向左、向右搖動時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的采樣值，藍線代表運動時的采樣值。圖1為向左搖動時的值，可以明顯看出加速度的值較靜止時有明顯的變化，向著增大的方向變。

從圖1和圖2中可以看出，兩條黑線之間的數據很難斷定是哪個動作產生的，因為兩個動作都可能產生這樣的值。所以，利用黑線之外的數據來判定是向右還是向左搖。因為對于這兩個動作，黑線之外的數據有明顯的差異，數據相差很多。對于圖1這些數據大于150，圖2中這些數據小于90。因此這些數據至少相差60，可以很容易地將向左、向右的兩個動作區分開。

本系統就是根據這樣的原理來實現的，首先分別設定向左、向右搖時的閾值和兩個計數器;然后，將新采樣得到的50個值存放在y_data[N]中，將每個值與靜止時的值y_init比較，如果數據超出某個閾值，則在相應的計數器上累加，直到所有50個數全部比較完畢;最后，根據計數器值的大小來判定執行了某個動作。

同理，利用Z軸的采樣值來判定向上、向下搖，利用X、Y兩個軸來判定執行圖片向左翻轉還是向右翻轉，這里略去。

系統描述

系統組成及功能

系統由三個部分組成：CT-298單片機控制部分、 MM-2860加速度傳感器部分、演示終端，系統框圖如圖3所示。

CT-298單片機控制部分主要負責傳感器數據的A/D變換、動作檢測、與演示終端進行數據通信。MM-2860加速度傳感器部分負責加速度值的測量并將其轉換為電壓值。演示終端負責處理從單片機傳來的動作類型并執行相應的動作，同時向單片機返回進出二級菜單的指令。對于CT-298單片機系統更詳細的設計將在下面的部分介紹，這里首先介紹一下本系統設計的動作姿勢及代碼，以及與演示系統交互的指令。