交互式手勢掃描矩陣及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子設(shè)備的人機(jī)交互技術(shù)，特別涉及一種交互式手勢掃描矩陣及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在業(yè)界，智能手機(jī)、平板計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)及其它移動裝置等計算裝置逐漸包含觸摸屏、加速度計、陀螺儀、攝像頭、近距離傳感器等傳感器，通過這些裝置捕獲用戶手的軌跡信息，對用戶特定數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和對特定手勢指令進(jìn)行輸出。近些年來，已經(jīng)開發(fā)出各種類型的用戶接口系統(tǒng)來方便對計算機(jī)和其它電子設(shè)備的控制。交互式手勢作為一種自然的人機(jī)交互語言，更加有利于人機(jī)互動，手勢控制正在逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕盍?xí)慣。
[0003]當(dāng)使用一些觸摸屏技術(shù)時，觸摸屏檢測以屏幕觸摸或近屏幕觸摸形式的用戶輸入。觸摸屏的優(yōu)勢在于除了耦合到顯示器的觸摸檢測裝置之外不需要專門的輸入設(shè)備。目前可獲得多種觸摸屏技術(shù)，包括具有其優(yōu)勢和缺陷的電阻式、電容式、紅外式、表面聲波式和視頻式。
[0004]語音控制，言語為一種自然的交流方式，然而，通過語音控制并不可靠，當(dāng)在嘈雜的地方，系統(tǒng)將無法正常識別用戶的語音命令。
[0005]通過攝像頭對手勢進(jìn)行捕捉、處理需要復(fù)雜的算法，由于攝像頭被動地接受物體反射回來的光線，受光線影響比較嚴(yán)重，在夜晚攝像頭捕獲的圖像噪點(diǎn)比較多，在光線比較弱的地方對手勢無法正常識別而易出現(xiàn)誤操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上技術(shù)的不足與缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種操作簡單，便于推廣，工作穩(wěn)定，能夠通過交互式手勢控制各個電子設(shè)備的交互式手勢掃描矩陣。
[0007]本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:按此目的設(shè)計的交互式手勢掃描矩陣及其控制方法，其電路特征，包括:串入并出移位寄存器和鎖存器電路單元、紅外發(fā)射管驅(qū)動電路單元、紅外對管矩陣電路單元、電壓比較器電路單元、并入串出移位寄存器和鎖存器電路單元、穩(wěn)壓供電電路單元、無線數(shù)據(jù)傳輸電路單元、數(shù)據(jù)存儲電路單元、0LED顯示電路單元、MCU主控電路單元。
[0008]其結(jié)構(gòu)特征:紅外對管的接收管處附有干涉濾光片，用于濾除除特定紅外光譜之外的其余波長的光線，減小太陽光和室內(nèi)照明光線的影響。
[0009]所述串入并出移位寄存器和鎖存器電路單元包括74HC595芯片，通過多個串入并出移位寄存器和鎖存器的級聯(lián)，在時鐘脈沖的作用下，將數(shù)據(jù)從串行數(shù)據(jù)輸入端輸出至紅外發(fā)射管驅(qū)動輸入端，可以節(jié)約大量的I/O 口。
[0010]可以用其它具有串入并出移位寄存功能和鎖存功能的芯片替代74HC595芯片。
[0011]可以通過多片74HC595芯片級聯(lián)拓展I/O 口，以此提高手勢識別的分辨率。
[0012]所述紅外發(fā)射管驅(qū)動電路單元包括驅(qū)動芯片ULN2003和紅外發(fā)射管驅(qū)動輸入端的限流電阻；通過ULN2003等電路驅(qū)動芯片對紅外發(fā)射管進(jìn)行驅(qū)動；可用其它驅(qū)動電路對紅外發(fā)射管進(jìn)行驅(qū)動。
[0013]所述紅外對管矩陣電路單元包括紅外發(fā)射管的限流電阻、紅外接收管的上拉電阻、紅外對管矩陣；紅外對管矩陣電路單元中所有的紅外接收管的集電極接地，發(fā)射極外接上拉電阻，紅外對管矩陣電路單元中所有的紅外接收管一直處于工作狀態(tài)，等待著發(fā)射管發(fā)射的光線的觸發(fā)；當(dāng)接收管沒有接受到紅外線時，紅外接收管的PN結(jié)電阻很大，此時相當(dāng)于開路，因此接收管的功耗很??；紅外對管矩陣中的每一行的接收管的發(fā)射極相連并接至電壓比較器的輸入端，每一行的紅外接收管共用同一個比較器；每一列的紅外發(fā)射管的驅(qū)動信號輸入端都連在一起并與串入并出移位寄存器和鎖存器的并行信號輸出端的某一引腳相連。
[0014]所述電壓比較器電路單元包括電壓比較器、滑動變阻器、動作指示燈、動作指示燈限流電阻；通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，可以調(diào)節(jié)電壓比較器預(yù)設(shè)的電壓值，因此可以調(diào)節(jié)手勢感應(yīng)距離。
[0015]當(dāng)紅外接收管的發(fā)射極處的電壓大于電壓比較器預(yù)設(shè)的電壓時，則電壓比較器輸出高電平，動作指示燈處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)紅外接收管的發(fā)射極處的電壓小于電壓比較器預(yù)設(shè)的電壓時，則電壓比較器輸出低電平，動作指示燈動作發(fā)光提示。
[0016]所述并入串出移位寄存器和鎖存器電路單元包括:74HC165芯片、上拉電阻；上拉電阻使74HC165的并行數(shù)據(jù)輸入端保持高電平，當(dāng)電壓比較器的輸出端輸出低電平時，74HC165芯片的并行數(shù)據(jù)輸入端的電壓被拉低。
[0017]通過多個并入串出移位寄存器和鎖存器的級聯(lián)，在時鐘脈沖的作用下，將數(shù)據(jù)從串行數(shù)據(jù)輸出端輸出至MCU的I/O 口，可完成對紅外接收管狀態(tài)的掃描讀取，可以節(jié)省大量的I/O 口 ；可以用其它具有并入串出移位寄存功能和鎖存功能的芯片替代74HC165芯片；可以通過多片74HC165芯片級聯(lián)拓展I/O 口，以此提高手勢識別的分辨率。
[0018]當(dāng)紅外接收管未被觸發(fā)時，則掃描值持續(xù)為高電平，若人手擋住某一個紅外發(fā)射管，相應(yīng)的紅外接收管被觸發(fā)時，則掃描值持續(xù)為低電平，動作指示燈發(fā)光，直到人手離開，紅外接收管恢復(fù)觸發(fā)前的狀態(tài)，掃描值再次變?yōu)楦唠娖?，動作指示燈熄滅?br>[0019]MCU的I/O 口與串入并出芯片的串行數(shù)據(jù)輸入端相連，串入并出芯片的并行數(shù)據(jù)輸出端與紅外對管驅(qū)動輸入端相連，紅外對管驅(qū)動輸出端與紅外對管的發(fā)射管相連；紅外接收管的發(fā)射極與電壓比較器的輸入端相連，電壓比較器的輸出端與并入串出芯片并行數(shù)據(jù)輸入端相連，并入串出芯片的串行數(shù)據(jù)輸出端與MCU的I/O 口相連。
[0020]當(dāng)紅外對管矩陣的接收管都處于工作狀態(tài)時，通過分別點(diǎn)亮紅外對管矩陣中每一列的紅外發(fā)射管，然后分別對每一行的紅外接收管的電平進(jìn)行掃描檢測并通過電壓比較器對接收管的電平進(jìn)行二值化處理，進(jìn)而可以獲得紅外對管矩陣中每個紅外接收管的電平狀態(tài)，通過并入串出移位寄存器和鎖存器將每一行的電壓比較器的輸出值(“0”或“1”)進(jìn)行移位鎖存處理，進(jìn)而將相應(yīng)列中每一行的電平狀態(tài)送至MCU。
[0021 ] 通過循環(huán)點(diǎn)亮每一列的紅外發(fā)射管，對每一列中相應(yīng)行的電壓比較器輸出端的電平高低進(jìn)行檢測，即可得到紅外矩陣的實(shí)時觸發(fā)情況。通過MCU對各個矩陣場信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，即可以實(shí)現(xiàn)手勢控制。
[0022]所述穩(wěn)壓供電電路單元包括:穩(wěn)壓芯片、開關(guān)、熔斷絲、穩(wěn)壓二極管、濾波電容、電源指示燈、限流電阻、插座。插座用于連接外部電源；穩(wěn)壓供電電路通過對外部電源進(jìn)行限流、濾波、穩(wěn)壓，進(jìn)而對紅外對管矩陣供電。
[0023]所述無線數(shù)據(jù)傳輸電路單元包括WiF1、藍(lán)牙或其它無線發(fā)射模塊。
[0024]所述數(shù)據(jù)存儲電路單元包括一種數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)用于存儲錄入的手勢特征庫信息。
[0025]所述0LED顯示屏電路單元用于對手勢圖形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示。
[0026]通過對用戶手勢的軌跡信息(手移動速度、加速度、持續(xù)時間、觸發(fā)紅外接收管的個數(shù)、觸發(fā)軌跡數(shù)目、觸發(fā)軌跡坐標(biāo))進(jìn)行記錄，通過算法對手勢信息進(jìn)行處理并對用戶的手勢特征進(jìn)行提取，然后與預(yù)先存儲的手勢特征庫信息進(jìn)行對比，通過無線數(shù)據(jù)傳輸或者有線端口輸出特定的指令，以此對所述用戶特定數(shù)據(jù)和行為進(jìn)行訪問。
[0027]交互式手勢掃描矩陣可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控，所述觸控點(diǎn)在整個手勢期間得以保持，因此可以在同一時間輸入至少一條運(yùn)動軌跡。
[0028]該交互式手勢掃描矩陣可加載多個輸出端口，通過輸出端口與帶有屏幕的電子設(shè)備相連，可以將MCU處理后的指令和手勢矩陣掃描信息以動態(tài)視頻或圖像的形式顯示在屏幕中，該端口輸出一動作指令即對應(yīng)屏幕中圖像的變化，例如:可用于圖形交互界面，用于引導(dǎo)光標(biāo)的移動。
[0029]該裝置可作為一些交互式程序軟件的程序接口，例如:體感游戲程序接口 ；對于一般的程序接口或畫面，用戶可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離單點(diǎn)或多點(diǎn)的手勢觸控操作，以智能手機(jī)為例，如:畫面移動、切換或縮放等操作，而部分應(yīng)用程序也提供具有虛擬按鍵的操作接口供用戶操控。
[0030]可以建立三維的交互式手勢掃描矩陣，分別在X、Y、Z軸平面內(nèi)進(jìn)行手勢掃描，以此獲得3D手勢指令，增加了手勢控制的維度和手勢特征庫的多樣性，增加了 Z軸的深度信息；在需要3D場景或接口下