“Wave”家電控制指環(huán)

摘要：“Wave”家電控制指環(huán)(以下簡稱“Wave”)對傳統(tǒng)家電控制方法進行了改進，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部分。體感部分被設(shè)計為一個指環(huán)形的可穿戴設(shè)備，側(cè)面為選擇設(shè)備用的觸摸板。它通過內(nèi)置的加速度傳感器收集用戶手勢的加速度信息并識別動作類型，識別出動作類型后，將動作編號和設(shè)備編號通過BLE(低功耗藍牙)發(fā)送給家電控制模塊。“Wave”家電控制模塊收到設(shè)備類型和動作類型后，發(fā)送預(yù)先學習的對應(yīng)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)展并被市場接受。我們認為其終極形式在于所有家電的基于開放接口的互聯(lián)互通，但基于目前的市場情況來看，各個家電廠商在開放接口方面表現(xiàn)的十分不積極。在這種環(huán)境下，一個通用的家電控制平臺無疑是很有市場前景的。尤其是結(jié)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體驗，更容易被市場所接受。

1 系統(tǒng)設(shè)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(shè)備”。考慮到基于視覺的控制技術(shù)有其固有缺陷，如：1與被控對象緊密綁定;2受距離、遮擋等光學限制較大。本系統(tǒng)使用基于MEMS傳感器的可穿戴計算解決方案。本系統(tǒng)的一個技術(shù)難點是如何確定當前要控制的是哪個家電，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，同時安置數(shù)個LED指示當前選擇的設(shè)備。

     使用時，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，通過滑動選擇設(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、滑動手勢等方式作為開始信號)，之后，指環(huán)進入手勢檢測模式;

　　(3)用戶用手做出預(yù)設(shè)8-10種任意一個手勢;

　　(4)家電控制模塊發(fā)出手勢動作對應(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行紅外學習初始化。

　　紅外學習流程

　　(1)使用基于Android的“Wave紅外小伙伴”軟件通過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設(shè)備和一個手勢，點擊“學習”按鈕，紅外收發(fā)模塊進入對指定紅外指令的學習狀態(tài);

　　(3)手持被學習的設(shè)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)紅外學習成功，軟件界面上顯示“學習成功”。本系統(tǒng)的使用示意圖1。

2 硬件及實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)分兩個主要子系統(tǒng)：指環(huán)子系統(tǒng)(體感部分)、紅外學習/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、觸摸模塊、運動傳感器、藍牙模塊和電源部分。紅外學習/發(fā)射子系統(tǒng)包括STM32單片機、紅外發(fā)射與接收頭、藍牙模塊和電源部分。這兩個子系統(tǒng)以STM32單片機為核心處理器，各有一個藍牙模塊，實現(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

　　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。它具有72MHz的主頻，能夠滿足手勢檢測識別算法的需要;內(nèi)置Flash可作為存儲使用，不需要外掛存儲器。同時功耗遠低于ARM Cortex A8，A9系列的處理器。在指環(huán)子系統(tǒng)中，單片機的主要功能是實現(xiàn)手勢識別算法，接收觸摸模塊的設(shè)備選擇指令，通過藍牙模塊發(fā)送動作編號和設(shè)備編號給紅外學習/發(fā)射子系統(tǒng)。在紅外學習/發(fā)射子系統(tǒng)中，單片機接收到動作編號和設(shè)備編號后，發(fā)射相應(yīng)設(shè)備的相應(yīng)紅外控制信號，以實現(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，與用戶進行交互。采用TI公司的MSP430微處理器來設(shè)計RC型電容單觸式傳感器。觸摸按鍵部分由一個滑條(實際為銅箔)構(gòu)成，滑條上有三個電容傳感器，每個傳感器旁設(shè)置了一個LED指示燈。用戶可以通過點擊傳感器或者滑動滑條，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 運動傳感器

　　運動傳感器進行手勢檢測。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(shè)備等有低功耗、低成本、高性能要求的消費性電子產(chǎn)品設(shè)備上已經(jīng)廣泛使用。它包含三軸加速度計、三軸陀螺儀以及三軸地磁計。