基于Android系統(tǒng)的手勢控制指環(huán)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種智能指環(huán)，尤其是一種基于Amlroid系統(tǒng)的智能指環(huán)，還設(shè)及一種 基于Amlroid系統(tǒng)的智能指環(huán)的使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多傳感器越來越集成化，功耗不斷降低，性 能不斷提高，最主要的是體積也在不斷下降，運(yùn)也使得智能可穿戴設(shè)備不斷被追捧。在傳統(tǒng) 的智能設(shè)備平臺(tái)中，成熟的人機(jī)交互方式(運(yùn)里主要指手機(jī))主要是W機(jī)械鍵盤、觸摸屏和 語音輸入為主，而手勢作為肢體語言是日常生活中不可或缺的一部分，如果將手勢和智能 穿戴設(shè)備結(jié)合起來，成為在一些場景下的輸入方案，將會(huì)極大的提高人們控制手機(jī)的效率。
[0003] 例如，在使用手機(jī)時(shí)卻忘了手機(jī)置于何處;或者在雙手忙碌時(shí)卻想接聽電話;或者 忽然進(jìn)入到黑暗環(huán)境里想迅速看清周圍的環(huán)境;也或者在遇到危險(xiǎn)時(shí)想一鍵報(bào)警或錄音等 等。對于手機(jī)本身，想要在上述場景中實(shí)現(xiàn)目的是需要繁瑣操作的，如針對第一種場景，需 要找到另外一臺(tái)手機(jī)撥打電話或者憑著自己的記憶去找，非常耗費(fèi)時(shí)間，如果用語音呼喚， 則又無法再吵雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn);或者針對第Ξ種場景，遇到危險(xiǎn)時(shí)可能根本沒有拿出手機(jī) 的機(jī)會(huì)，此時(shí)借助手勢操作，直接調(diào)用手機(jī)的相關(guān)功能，如閃光燈或者電話聯(lián)系人，則可W 在第一時(shí)間解決問題。而對于現(xiàn)有市售的可穿戴產(chǎn)品來說，功能大部分集中于記步、睡眠監(jiān) 巧。、消息提醒、身份識(shí)別等方面，W給用戶提供信息為主，幾乎甚至完全忽略了上述場景下 手機(jī)使用的不便。
[0004] 于是，設(shè)計(jì)出一款符合人們?nèi)粘２僮鹘?jīng)驗(yàn)，能增強(qiáng)對安卓智能手機(jī)（W下簡稱手 機(jī))的控制體驗(yàn)，并且能解決類似場景中不便情況的控制指環(huán)就成為我們的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于Amlroid系統(tǒng)的智能手勢控制 指環(huán)，W下簡稱指環(huán)，旨在解決日常手機(jī)操作中，單純依靠觸摸、語音和按鍵等傳統(tǒng)操作方 式控制手機(jī)的局限性，填補(bǔ)了利用指環(huán)采集加速度信息通過數(shù)據(jù)處理，最終控制手機(jī)的空 缺，同時(shí)增強(qiáng)了手機(jī)控制的體驗(yàn)，在許多場景下可W便捷、迅速地調(diào)用手機(jī)功能，達(dá)到更自 由的人機(jī)交互的目的。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于Amlroid系統(tǒng)的智能手勢控制指環(huán)包含一個(gè)Ξ軸加速度傳感 器、一個(gè)微控制器、一個(gè)藍(lán)牙模塊和一個(gè)電源，其中Ξ軸加速度傳感器通過SPI接口與微控 制器通訊，微處理器通過藍(lán)牙模塊與Amlroid智能手機(jī)通訊，微控制器、Ξ軸加速度傳感器 和藍(lán)牙模塊均由一塊電壓為3.7伏的電源供電。
[000引本發(fā)明還提供設(shè)及基于An化oid系統(tǒng)的智能手勢控制指環(huán)的使用方法，步驟如下：
[0009] 步驟1:預(yù)定義
[0010] 1.1預(yù)定義手勢分為元手勢和組合手勢，元手勢是使指環(huán)按照一個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)， 保證其內(nèi)置Ξ軸加速度傳感器的Ξ個(gè)軸至多有兩個(gè)軸產(chǎn)生加速度數(shù)據(jù)，運(yùn)樣手勢即為最小 不可分識(shí)別單元，多個(gè)元手勢的組合定義為復(fù)雜手勢；
[0011] 1.2預(yù)定義手勢工作模式，分別有手勢學(xué)習(xí)模式、手勢強(qiáng)化模式、手勢匹配模式：
[0012] 手勢學(xué)習(xí)模式指手勢的學(xué)習(xí)模式，即將當(dāng)前的加速度數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣、特征提取后 形成特征向量，稱為板板；
[0013] 手勢強(qiáng)化模式指指環(huán)根據(jù)用戶的手勢動(dòng)作不斷訓(xùn)練模板，即通過對前一次存儲(chǔ)手 勢的加速度數(shù)據(jù)和當(dāng)前手勢采集到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，并將平均值作為對應(yīng)的新手勢 替換掉原來的模板；
[0014] 模板匹配模式即默認(rèn)的正常工作模式，指環(huán)對采集到當(dāng)前的加速度數(shù)據(jù)，先特征 提取，再通過識(shí)別當(dāng)前特征向量，匹配到存儲(chǔ)的模板，解算出模板對應(yīng)的控制命令，實(shí)現(xiàn)手 機(jī)端的相關(guān)操作；
[0015] 步驟2:指環(huán)上電后，判斷指環(huán)是否與手機(jī)匹配成功，若不成功，則進(jìn)入低功耗的待 機(jī)模式等待匹配成功;若成功，則指環(huán)進(jìn)入步驟3進(jìn)行手勢工作模式的多分支選擇；
[0016] 步驟3:若選擇手勢學(xué)習(xí)模式，則進(jìn)入步驟4，若選擇手勢強(qiáng)化模式，則進(jìn)入步驟5， 若選擇手勢匹配模式，則進(jìn)入步驟6,進(jìn)入每種手勢工作模式前對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行跳點(diǎn)去 除、均值濾波、特征提取的預(yù)處理操作；
[0017] 步驟4:若選擇手勢學(xué)習(xí)模式，微控制器將接收到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟3中的預(yù) 處理后，存儲(chǔ)命令及特征向量，結(jié)束后返回步驟3的手勢工作模式選擇狀態(tài)；
[0018] 步驟5:若選擇手勢強(qiáng)化模式，微控制器將當(dāng)前手勢加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟3中的預(yù) 處理，再和上一次手勢的加速度數(shù)據(jù)平均，并將平均結(jié)果作為新的特征向量替換掉上一次 的特征向量，結(jié)束后返回步驟3的手勢工作模式選擇狀態(tài)；
[0019] 步驟6:若選擇手勢匹配模式，微控制器將加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟3所述的預(yù)處理后， 從存儲(chǔ)模板的第一個(gè)特征向量開始匹配，通過動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法DTW(Dynamic Time Wa巧ing)進(jìn)行求距：
[0020] (1)當(dāng)距離判定未達(dá)到闊值時(shí)，則順序向后面的特征向量匹配；
[0021] (2)若距離判定達(dá)到或超過闊值，則視為成功匹配該特征向量，其后將特征向量對 應(yīng)的命令通過藍(lán)牙模塊發(fā)送至手機(jī)，發(fā)送成功后返回步驟3的手勢工作模式選擇狀態(tài)繼續(xù) 選擇；
[0022] 若匹配失敗，重新等待新的手勢進(jìn)行匹配操作，或用戶自行選擇進(jìn)入步驟4，重新 進(jìn)行手勢模板學(xué)習(xí)。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是:通過定義元手勢，再通過元手勢的相互組合形成復(fù)雜手勢， 繼而達(dá)到儲(chǔ)存少量手勢即可達(dá)到多種控制的效果;手勢對應(yīng)手機(jī)功能可變，即通過改變手 機(jī)功能接口映射關(guān)系，即可改變當(dāng)前對手機(jī)控制的效果;通過軟件設(shè)置的手勢學(xué)習(xí)，用戶可 W自定義元手勢，從而實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性的控制手勢;無障礙識(shí)別，用戶友好，在室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程操作，不受方向和位置限制，只要在藍(lán)牙通訊范圍內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)操控。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的指環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行整體框圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明的軟件流程整體框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0027] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于Amlroid系統(tǒng)的智能手勢控制指環(huán)包含一個(gè)Ξ軸加速度傳感 器、一個(gè)微控制器、一個(gè)藍(lán)牙模塊和一個(gè)電源，其中Ξ軸加速度傳感器通過SPI接口與微控 制器通訊，微處理器通過藍(lán)牙模塊與Amlroid智能手機(jī)通訊，微控制器、Ξ軸加速度傳感器 和藍(lán)牙模塊均由一塊電壓為3.7伏的電源供電。
[00%]本次設(shè)計(jì)的硬件組成有:AD化34巧日速度傳感器模塊，WSTM32為核屯、的微控制器， 電源模塊，藍(lán)牙模塊W及智能安卓手機(jī)終端。在硬件上電后，首先進(jìn)行指環(huán)和手機(jī)的藍(lán)牙配 對連接，在控制模塊判斷連接成功后，啟動(dòng)對加速度傳感器數(shù)據(jù)的讀取與判斷，否則指環(huán)進(jìn) 入低功耗省電模式，等待連接喚醒，在連接成功后，開始記錄加速度數(shù)據(jù)，進(jìn)入正常的工作 狀態(tài)。
[0029] 使用方法的具體步驟如下：
[0030] 步驟1:預(yù)定義
[0031] 1.1預(yù)定義手勢，分為元手勢和組合手勢，元手勢是使指環(huán)按照一個(gè)方向進(jìn)行運(yùn) 動(dòng)，保證其內(nèi)置加速度傳感器的Ξ個(gè)軸至多有兩個(gè)軸產(chǎn)生加速度數(shù)據(jù)，運(yùn)樣手勢即為最小 不可分識(shí)別單元;多個(gè)元手勢組合定義為復(fù)雜手勢，不超過4種元手勢的元手勢組合為合適 取值范圍。
[0032] 1.2預(yù)定義手勢工作模式，分別是手勢學(xué)習(xí)模式、手勢強(qiáng)化模式、手勢匹配模式：
[0033] 手勢學(xué)習(xí)模式指手勢的學(xué)