版权信息

探索科学杂志

主管:中华人民共和国工业和信息化部

主办:电子工业出版社 

出版:电子工业出版社

国内刊号:CN10-1148/N

国际刊号:ISSN 2095-588X

邮发代号:82-213

社长:王传臣

总编:刘九如

执行主编:来春丽 

策划总监:王   涛 

编辑部:谢   田、弓   篇

学术部:王   禹

科技部:刘蕊平

地址:北京市万寿路南口全家村288号华信大厦

电话:13716576588

QQ:1980291414

投稿邮箱:tskxzz@qq.com


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战术分队遂行多样化任务手势识别系统

张子健,李邦崴,郑潇轩,尹文刚

(武警警官学院  四川 成都 610213

摘要:为解决武警部队手势识别设备较少较贵、手势动作采集繁琐及任务中复杂多变的通信环境等问题,本文设计了一款战术分队遂行多样化任务手势识别系统。该设计利用Flex2.2弯曲传感器、MPU6050六轴传感器采集战术手势特征信息,传送STC15W408AS微处理器,经过信息处理,判断出当前的战术手势信息,并通过MP3语音模块无线音频传输模块对战术手势信息进行实时的语音传递。采用实战化、人性化的手套外观设计,具有处理速度快、克服障碍物影响、适应性强使用简单等特点,在军事行动中应用前景广阔。

关键字:STC15W408AS微处理器;战术手势特征信息;战术手势识别;手套系统

引言

21世纪以来世界范围内的恐怖活动日益猖獗,美国的9.11事件、俄罗斯的别斯兰人质事件我国新疆乌鲁木齐7.5事件,都给世界的安全稳定带来了层层阴霾。我国社会正处在改革的攻坚阶段发展的关键时期,国内经济科技飞速发展,为了实现两个百年奋斗目标中华民族伟大复兴的中国梦,急需以高压态势打击国内恐怖势力发展苗头,增强国内反恐军事力量显得尤为重要。在反恐行动中作战人员武器装备对作战的胜利起到了很大的保障作用。在此基于对行动复杂环境下作战小组成员之间方便沟通的考虑,设计一种战术分队遂行多样化任务手势识别系统

1 系统总体结构设计

本文硬件系统设计主要包括主控芯片、语音提示模块、无线模块、手姿态检测模块、手指弯曲度检测模块、AD转换模块等部分组成,构成手势检测装置、基准位置检测装置、主控装置和图像摄取装置四部分装置。指挥员端利用图像摄取装置观察作战人员所处的位置,进行相关作战指令的下达。指挥员首先连接设备启动电源,根据作战需要下达对应的手势动作,手势检测装置检测到系统电压发生了变化,将变化信号发送给基准位置检测装置,由基准位置检测装置发出对应动作的指令控制语音提示模块,通过语音提示模块连接无线音频传输模块,由无线接收模块接收无线音频信号。组员端通过佩戴战术手语无线接收耳机接收指令,进行指令的实施。系统结构原理图如图1所示。

 

1  系统结构原理图                  

1.1 主控模块设计

本系统采用STC15W408AS单片机为主控芯片,该单片机是STC研制的抗干扰性能较优的增强型51单片机,指令与一般的51单片机完全兼容,但它的运行速度却是后者的8倍到12倍,同时芯片具备较强的抗静电干扰能力,工作温度范围相对较宽,具有容量大、速度快、保密性强、兼容多的优点,符合设计所需的面对作战环境复杂多变的实战需求。

1.2 语音提示模块设计

考虑声音的音质,噪声等因素,本系统采用MP3-TF-16P模块提供音频的录制和播放功能,该模块可以通过串口控制作为任何有串口的单片机的一个模块集成了MP3WAVWMA的硬解码同时软件支持TF卡驱动通过简单的串口指令即可完成播放指定的语音,使用方便,稳定可靠。电路原理图如图2所示。

 

2  语音提示模块电路原理图

1.3 无线模块设计

本系统采用KCX_2.4G001模块来完成数据的远距离发送和接收,该模块是一款工作于2.4G ISM频段的高品质立体声音频传输模块,传输高达24Bit48KSPS的音频传输码流,采用了自适应跳频、前向纠错、缓冲和重传等技术保证无线传输的可靠性,具有支持1个发射多个接收、无线传输距离100米等优点。

1.4 手姿态检测模块设计

本系统采用MPU6050模块完成对使用者手姿态的定位,。该模块可利用自带的数字运动处理器(DMPDigital Motion Processor)硬件加速引擎,通过主IIC接口,向应用端输出姿态解算后的数据。通过DMP,就可以使用其公司提供的运动处理资料库,能非常方便地实现姿态解算,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,同时也大大降低了设计难度。电路原理图如图3所示。

 

3  手姿态检测模块电路原理图

1.5 手指弯曲度检测模块设计

本系统采用Flex2.2弯曲传感器完成手指弯曲度的检测,由可变电阻组成,覆盖在Flex2.2弯曲传感器的表面,不同的弯曲度会改变传感器的电阻值,根据传感器的阻值变化即可判断弯曲角度。将它固定在手套的手指部位,检测对应的阻值变化,配合模拟输出,方便将弯曲信息采集并处理,识别所做的手势动作。电路原理图如图4所示。

 

4  手指弯曲度检测模块电路原理图

1.6 AD转换模块设计

本系统采用PCF8591 AD转换芯片完成手势信号的转换,具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。该模块的3个地址引脚A0A1A2可用于硬件地址编程,便于配合多条手指弯曲度检测模块,进行数据信息的采集和转换。

2 系统软件设计

对系统软件进行设计,系统主程序流程图如图5所示。指挥员端,由手指弯曲度检测模块根据阻值变化范围判断具体手势动作,通过AD转换模块进行数据的采集和转换,将信号传递给语音提示模块,由语音提示模块将对应的战术手势语音播报通过无线发送模块传递给组员端。组员端,通过无线接收模块接收语音播报信息,收到对应战术指令,进行指令的实施。

 

5  主程序流程图

3 结束语

战术分队遂行多样化任务手势识别系统是利用传感器的动作采集技术制成的一种先进的战场指令传达装备。与传统的手势识别手套不同,战术分队遂行多样化任务手势识别系统是利用手指弯曲传感器中电阻的变化来改变电压信号,使传感器识别出具体的手语动作,并通过无线网络和通信技术进行传递。该系统解决了现有的手势识别手套存在受地形等障碍物影响以及动作采集方式过于繁琐的技术问题,并可实现一对多的指令的同时下达,大大提高手势的识别精确度和快速传达能力,更加符合作战的实际需要。

参考文献

[1] 李辉.基于数据手套的手语手势识别及应用[D].哈尔滨理工大学,2018.

[2] 吴丹,马乐.可穿戴设备对用户信息搜索行为的影响研究[J].图书情报工作,2017(21).

[3] 陈意,杨平,陈旭光.一种基于加速度特征提取的手势识别方法[J].传感技术学报,2012(08).

[4] 张平,刘祚时.基于惯性传感器MPU6050的手势识别方法[J].传感器与微系统,2018(01).

[5] 张肖宁,毛晓波,陈婉杰,李浩亮,孙世璞.便捷式智能手语翻译系统[J].电子设计工程,2016(04)


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国内刊号:CN10-1148/N

国际刊号:ISSN 2095-588X

邮发代号:82-213

社长:王传臣

总编:刘九如

执行主编:来春丽 

策划总监:王   涛 

编辑部:谢   田、弓   篇

学术部:王   禹

科技部:刘蕊平

地址:北京市万寿路南口全家村288号华信大厦

电话:13716576588

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战术分队遂行多样化任务手势识别系统

战术分队遂行多样化任务手势识别系统

张子健,李邦崴,郑潇轩,尹文刚

(武警警官学院  四川 成都 610213

摘要:为解决武警部队手势识别设备较少较贵、手势动作采集繁琐及任务中复杂多变的通信环境等问题,本文设计了一款战术分队遂行多样化任务手势识别系统。该设计利用Flex2.2弯曲传感器、MPU6050六轴传感器采集战术手势特征信息,传送STC15W408AS微处理器,经过信息处理,判断出当前的战术手势信息,并通过MP3语音模块无线音频传输模块对战术手势信息进行实时的语音传递。采用实战化、人性化的手套外观设计,具有处理速度快、克服障碍物影响、适应性强使用简单等特点,在军事行动中应用前景广阔。

关键字:STC15W408AS微处理器;战术手势特征信息;战术手势识别;手套系统

引言

21世纪以来世界范围内的恐怖活动日益猖獗,美国的9.11事件、俄罗斯的别斯兰人质事件我国新疆乌鲁木齐7.5事件,都给世界的安全稳定带来了层层阴霾。我国社会正处在改革的攻坚阶段发展的关键时期,国内经济科技飞速发展,为了实现两个百年奋斗目标中华民族伟大复兴的中国梦,急需以高压态势打击国内恐怖势力发展苗头,增强国内反恐军事力量显得尤为重要。在反恐行动中作战人员武器装备对作战的胜利起到了很大的保障作用。在此基于对行动复杂环境下作战小组成员之间方便沟通的考虑,设计一种战术分队遂行多样化任务手势识别系统

1 系统总体结构设计

本文硬件系统设计主要包括主控芯片、语音提示模块、无线模块、手姿态检测模块、手指弯曲度检测模块、AD转换模块等部分组成,构成手势检测装置、基准位置检测装置、主控装置和图像摄取装置四部分装置。指挥员端利用图像摄取装置观察作战人员所处的位置,进行相关作战指令的下达。指挥员首先连接设备启动电源,根据作战需要下达对应的手势动作,手势检测装置检测到系统电压发生了变化,将变化信号发送给基准位置检测装置,由基准位置检测装置发出对应动作的指令控制语音提示模块,通过语音提示模块连接无线音频传输模块,由无线接收模块接收无线音频信号。组员端通过佩戴战术手语无线接收耳机接收指令,进行指令的实施。系统结构原理图如图1所示。

 

1  系统结构原理图                  

1.1 主控模块设计

本系统采用STC15W408AS单片机为主控芯片,该单片机是STC研制的抗干扰性能较优的增强型51单片机,指令与一般的51单片机完全兼容,但它的运行速度却是后者的8倍到12倍,同时芯片具备较强的抗静电干扰能力,工作温度范围相对较宽,具有容量大、速度快、保密性强、兼容多的优点,符合设计所需的面对作战环境复杂多变的实战需求。

1.2 语音提示模块设计

考虑声音的音质,噪声等因素,本系统采用MP3-TF-16P模块提供音频的录制和播放功能,该模块可以通过串口控制作为任何有串口的单片机的一个模块集成了MP3WAVWMA的硬解码同时软件支持TF卡驱动通过简单的串口指令即可完成播放指定的语音,使用方便,稳定可靠。电路原理图如图2所示。

 

2  语音提示模块电路原理图

1.3 无线模块设计

本系统采用KCX_2.4G001模块来完成数据的远距离发送和接收,该模块是一款工作于2.4G ISM频段的高品质立体声音频传输模块,传输高达24Bit48KSPS的音频传输码流,采用了自适应跳频、前向纠错、缓冲和重传等技术保证无线传输的可靠性,具有支持1个发射多个接收、无线传输距离100米等优点。

1.4 手姿态检测模块设计

本系统采用MPU6050模块完成对使用者手姿态的定位,。该模块可利用自带的数字运动处理器(DMPDigital Motion Processor)硬件加速引擎,通过主IIC接口,向应用端输出姿态解算后的数据。通过DMP,就可以使用其公司提供的运动处理资料库,能非常方便地实现姿态解算,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,同时也大大降低了设计难度。电路原理图如图3所示。

 

3  手姿态检测模块电路原理图

1.5 手指弯曲度检测模块设计

本系统采用Flex2.2弯曲传感器完成手指弯曲度的检测,由可变电阻组成,覆盖在Flex2.2弯曲传感器的表面,不同的弯曲度会改变传感器的电阻值,根据传感器的阻值变化即可判断弯曲角度。将它固定在手套的手指部位,检测对应的阻值变化,配合模拟输出,方便将弯曲信息采集并处理,识别所做的手势动作。电路原理图如图4所示。

 

4  手指弯曲度检测模块电路原理图

1.6 AD转换模块设计

本系统采用PCF8591 AD转换芯片完成手势信号的转换,具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。该模块的3个地址引脚A0A1A2可用于硬件地址编程,便于配合多条手指弯曲度检测模块,进行数据信息的采集和转换。

2 系统软件设计

对系统软件进行设计,系统主程序流程图如图5所示。指挥员端,由手指弯曲度检测模块根据阻值变化范围判断具体手势动作,通过AD转换模块进行数据的采集和转换,将信号传递给语音提示模块,由语音提示模块将对应的战术手势语音播报通过无线发送模块传递给组员端。组员端,通过无线接收模块接收语音播报信息,收到对应战术指令,进行指令的实施。

 

5  主程序流程图

3 结束语

战术分队遂行多样化任务手势识别系统是利用传感器的动作采集技术制成的一种先进的战场指令传达装备。与传统的手势识别手套不同,战术分队遂行多样化任务手势识别系统是利用手指弯曲传感器中电阻的变化来改变电压信号,使传感器识别出具体的手语动作,并通过无线网络和通信技术进行传递。该系统解决了现有的手势识别手套存在受地形等障碍物影响以及动作采集方式过于繁琐的技术问题,并可实现一对多的指令的同时下达,大大提高手势的识别精确度和快速传达能力,更加符合作战的实际需要。

参考文献

[1] 李辉.基于数据手套的手语手势识别及应用[D].哈尔滨理工大学,2018.

[2] 吴丹,马乐.可穿戴设备对用户信息搜索行为的影响研究[J].图书情报工作,2017(21).

[3] 陈意,杨平,陈旭光.一种基于加速度特征提取的手势识别方法[J].传感技术学报,2012(08).

[4] 张平,刘祚时.基于惯性传感器MPU6050的手势识别方法[J].传感器与微系统,2018(01).

[5] 张肖宁,毛晓波,陈婉杰,李浩亮,孙世璞.便捷式智能手语翻译系统[J].电子设计工程,2016(04)