“Wave”家电控制指环

摘要：“Wave”家电控制指环(以下简称“Wave”)对传统家电控制方法进行了改进，提出了一种基于可穿戴设备和体感的通用家电控制方法和设备。“Wave”分为体感设备和家电控制模块两个部分。体感部分被设计为一个指环形的可穿戴设备，侧面为选择设备用的触摸板。它通过内置的加速度传感器收集用户手势的加速度信息并识别动作类型，识别出动作类型后，将动作编号和设备编号通过BLE(低功耗蓝牙)发送给家电控制模块。“Wave”家电控制模块收到设备类型和动作类型后，发送预先学习的对应红外信号，从而控制家电操作。

引言

　　智能家庭这一概念正在逐步发展并被市场接受。我们认为其终极形式在于所有家电的基于开放接口的互联互通，但基于目前的市场情况来看，各个家电厂商在开放接口方面表现的十分不积极。在这种环境下，一个通用的家电控制平台无疑是很有市场前景的。尤其是结合了体感手势控制技术以后，“Wave”家电控制指环将提供更加自然的用户体验，更容易被市场所接受。

1 系统设计

　　“Wave”家电控制指环的主题最初确定为“通用手势家电控制设备”。考虑到基于视觉的控制技术有其固有缺陷，如：1与被控对象紧密绑定;2受距离、遮挡等光学限制较大。本系统使用基于MEMS传感器的可穿戴计算解决方案。本系统的一个技术难点是如何确定当前要控制的是哪个家电，我们选择了基于触摸的方式：将指环侧面做成一体式的电容触摸板，同时安置数个LED指示当前选择的设备。

     使用时，将指环(体感部分)戴在大拇指或食指根部，另一手指可自然地搭在指环侧面，通过滑动选择设备。本系统配置完成后的使用流程如下：

　　(1)戴上指环，打开电源;

　　(2)若需要控制家电，则将手指搭在指环侧面电容触摸板上，选择好设备(为了防止误触发，可使用双击、滑动手势等方式作为开始信号)，之后，指环进入手势检测模式;

　　(3)用户用手做出预设8-10种任意一个手势;

　　(4)家电控制模块发出手势动作对应的红外指令，控制相应的家电。

　　本系统用户在使用前需要进行红外学习初始化。

　　红外学习流程

　　(1)使用基于Android的“Wave红外小伙伴”软件通过BLE连接红外收发模块(家电控制模块);

　　(2)在软件界面上选择一个设备和一个手势，点击“学习”按钮，红外收发模块进入对指定红外指令的学习状态;

　　(3)手持被学习的设备遥控器在近距离对红外收发模块发出指定红外信号;

　　(4)红外学习成功，软件界面上显示“学习成功”。本系统的使用示意图1。

2 硬件及实现

　　本系统分两个主要子系统：指环子系统(体感部分)、红外学习/发射子系统(家电控制模块)。指环子系统包括STM32单片机、触摸模块、运动传感器、蓝牙模块和电源部分。红外学习/发射子系统包括STM32单片机、红外发射与接收头、蓝牙模块和电源部分。这两个子系统以STM32单片机为核心处理器，各有一个蓝牙模块，实现相互通信。作品外观如图2和图3所示。它们各自的结构框图如图4所示。

2.1 主控单片机

　　为满足作品需要，兼顾功耗、性能与体积要求，我们选用了STM32F103C8单片机。它具有72MHz的主频，能够满足手势检测识别算法的需要;内置Flash可作为存储使用，不需要外挂存储器。同时功耗远低于ARM Cortex A8，A9系列的处理器。在指环子系统中，单片机的主要功能是实现手势识别算法，接收触摸模块的设备选择指令，通过蓝牙模块发送动作编号和设备编号给红外学习/发射子系统。在红外学习/发射子系统中，单片机接收到动作编号和设备编号后，发射相应设备的相应红外控制信号，以实现家电控制。

2.2 触摸模块

　　电容式触摸按键作为系统的输入，与用户进行交互。采用TI公司的MSP430微处理器来设计RC型电容单触式传感器。触摸按键部分由一个滑条(实际为铜箔)构成，滑条上有三个电容传感器，每个传感器旁设置了一个LED指示灯。用户可以通过点击传感器或者滑动滑条，输入已设定的指令。电容式触摸按键电路板如图5所示。

2.3 运动传感器

　　运动传感器进行手势检测。MPU-9150是一种常用的9轴MEMS惯性传感器。它在智能手机、可穿戴设备等有低功耗、低成本、高性能要求的消费性电子产品设备上已经广泛使用。它包含三轴加速度计、三轴陀螺仪以及三轴地磁计。