CN105183173B - 一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置，包括传感器组、IIC数据总线、模数转换组件、电源模块、发射模块和单片机，其中，传感器组包括三轴陀螺仪、重力传感器，属于重要的数据采集装置，采集手指和手臂的动作数据；IIC数据总线为微芯片间交换数据的一种总线；电源模块为特殊为本项目而设计的常用手机3.7V电池模组转3.3V模块；发射模块采用蓝牙模块向外发送数据。该装置手势识别响应速度在10ms～50ms之间，根据需要可调节；能识别的手势初步可达40种；发报速度快，电子键报务功能可达每分钟100位二进制码；整机为一可穿戴手套，手套重量小于200克；待机时间长，充满电后连续工作时间不小于5小时。

Description

一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置

技术领域

本发明涉及一种将战术手势和摩尔斯码输入后翻译成语音信号发送的智能装置，属于军用品技术领域。

背景技术

我国的边防线长达18000公里，其间地形复杂，边境形势异常严峻。西南有茂密的原始丛林，边境线以外就是世界三大毒源之一的金三角，虽然大毒枭坤沙于1996年向缅甸政府投降，但该地有种植鸦片的传统，现在依然是世界第二大毒品生产源，该段国境线面临严峻的禁毒形势；西面是面向印度的世界屋脊，该地自1962年中印战争后维持了30年的和平近年再次被打破，印度单方面又开始向中方国境线内进行蚕食和骚扰，藏独的分裂势力也不时进行骚扰，该段国境线面临严峻的边防守卫形式；西面和西北面则地临中亚众国，这里自苏联分裂后形成的众多的独立国家大多信奉伊斯兰教，原教旨主义在这里有很大的市场，中国境内的疆独势力在国内高压的武力镇压下会不时撤退至境外的中亚众国，并在上述国家境内建立秘密的恐怖分子训练营，该段国境线面临巨大的反恐压力；北面则和蒙古国接壤，该地沙化严重，政府财政困难，在干旱时节不时会有越境的山火施虐到内蒙古省，面临较大的救灾压力。

因此，如何提高我边防战士和特种部队的小队级及时交流能力，保卫边境安定已成为我边防部队和特种部队急待解决的问题。

穿戴式反恐战术手语机是在我司创新发明的让聋哑人说话的神奇手套基础上，根据武警及特种部队特殊需要开发的战术穿戴式设备。该战术手套根据反恐特战的特殊性，拟研制军用小型无线电发射模块或超声波发射器等，既可以实现远距离的手势翻译，在某些连手势也不方便比划的特殊场合还可用手套上的莫尔斯码于无形中传输信息。穿戴式反恐战术手语机如能采用，则能避免战术手势的各种缺陷，扩展战术手势的传输途径和场所，更好、更迅速、更方便的传导战士之间的信息，保护战士在执行任务时的人身安全，使战术任务能更安全、顺利的完成。同时也可让我国武警在智能可穿戴式反恐装备方面实现跨越式发展，一举走到世界最前列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能装置，将战术手势直接翻译成电号发送的方案，解决现有技术方案还不能在非可视范围通过战术手势直接交流的问题。提供一种智能装置直接捕获将用户用单根指头和双根指头敲打的摩尔斯码翻译成电信号发送的方案，解决现有技术存在的体积庞大，不易携带，价格昂贵的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置，包括传感器组、IIC数据总线、模数转换组件、电源模块、发射模块和单片机，其中，传感器组包括三轴陀螺仪、重力传感器，属于重要的数据采集装置，采集手指和手臂的动作数据；目前采用的是微机械型的陀螺仪，成本低，精度可以适用目前的应用水平；其中陀螺仪采集各手指和手背角速度值，手背重力传感器采集手掌倾角值，手腕处重力传感器采集手臂倾角值；IIC数据总线为微芯片间交换数据的一种总线，因为战术手套要尽可能轻便，所以要最大幅度减少线材造成的臃肿，IIC总线只需2条线就可传输数据，并且一条总线可挂接多个设备，而本项目中传感器与主板只需半双工传输，因此IIC是目前最理想总线类型；模数转换组件中，陀螺仪、倾角传感器所生成的原始数据均为模拟信号，必须将这些信号转为数字信号，再转给主机进行加工；电源模块为特殊为本项目而设计的常用手机3.7V电池模组转3.3V模块，为3.3V设备提供电源；发射模块采用蓝牙模块向外发送数据；该模块为可自动配对蓝牙模块，使用方便快捷；单片机采用的是一块32位单片机，体积小，速度快，动行稳定，功耗低。该单片机为本项目的核心，所以采集到的信号均传输到32位单片机中进行处理，操作各种周边硬件，根据特殊算法对各种动作数据进行识别，并采用滤波算法去掉无用数据。

进一步地，上述装置中的手势识别发送流程是：

S1、当手指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

S2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤S4设置预设初值校正偏差，不是新动作则继续累加执行步骤S3；

S3、以陀螺仪传感器检测移动终端的X、Z轴的角速度手指动作不考虑Y轴；读取5个手指的数据，结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

S4、根据步骤S2所得数据判断前一动作所处状态，根据不同状态设定手指的不同初值以纠正积分所造成误差；

S5、将步骤S3所得结果对时间积分计算得累计角度；

S6、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，并读出重力感应器读数。如没停止,则继续循环步骤S3；如检测动作停止则执行步骤S7并将此时所得的角度值作为最终结果；

S7、根据最后角度值判断各个手指是否到达处于某个手势特征数据之间，结合重力感应器各轴向读数，判断手势；如符合某个手势特征数据则输出手势结果；否则返回步骤S1到步骤S7；

S8：根据读数的各手指及手掌运动的角度值，以及重力感应器各轴向值，与每个手势特征数据库中对应值求方差，方差值最小的时对应的手势则为输出结果。如最小方差值大于阈值，则返回步骤S1。

进一步地，上述装置中，摩尔斯码识别发送流程是：

(1)单指发送：单指：以食指X轴向积分得角度值，达到阈值则发送1,等待一定时间无角度值到达阈值则发送0，如图4所示，具体步骤为：

D1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

D2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤D4，不是新动作则继续累加执行步骤D3。

D3、以陀螺仪传感器检测食指的X轴的角速度手指动作。结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分。

D4、将步骤D3所得结果对时间积分计算得累计角度。

D5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤D3。如检测动作停止则执行步骤D6并将此时所得的角度值作为最终结果。

D6、根据最后角度值判断是否运动超过阈值。否则执行步骤D7。

D7、等待时间T，一直无超过阈值动作则输出0，当连续输出4个0后返回步骤1。

(2)双指流程：双指：以食指、中指x轴向积分得角度，达到阈值后，食指发送1，中指发送0，如图5所示，具体步骤为：

N1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

N2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤N4，不是新动作则继续累加执行步骤N3。

N3、以陀螺仪传感器检测食指的X轴的角速度手指动作；结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

N4、将步骤N3所得结果对时间积分计算得累计角度；

N5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤N3。如检测动作停止则执行步骤N6并将此时所得的角度值作为最终结果；

N6、根据最后角度值判断食指、中指是否其中之一运动超过阈值，食指超过则输出1，中指超过则输出0，两者都超过则报错，其它情况返回执行步骤N1。

该发明的有益效果在于：该装置手势识别响应速度在10ms～50ms之间，根据需要可调节；能识别的手势初步可达40种；发报速度快，电子键报务功能可达每分钟100位二进制码；整机为一可穿戴手套，手套重量小于200克；待机时间长，充满电后连续工作时间不小于5小时。

附图说明

图1、本发明实施例中的装置结构分布图。

图2、本发明实施例中的硬件框架图。

图3、本发明实施例中的手势发布流程图。

图4、本发明实施例中的单指发送流程图。

图5、本发明实施例中的双指发送流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

如图1、图2所示的一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置，包括传感器组、IIC数据总线、模数转换组件、电源模块、发射模块和单片机，其中，传感器组包括三轴陀螺仪、重力传感器，属于重要的数据采集装置，采集手指和手臂的动作数据；目前采用的是微机械型的陀螺仪，成本低，精度可以适用目前的应用水平；其中陀螺仪采集各手指和手背角速度值，手背重力传感器采集手掌倾角值，手腕处重力传感器采集手臂倾角值；IIC数据总线为微芯片间交换数据的一种总线，因为战术手套要尽可能轻便，所以要最大幅度减少线材造成的臃肿，IIC总线只需2条线就可传输数据，并且一条总线可挂接多个设备，而本项目中传感器与主板只需半双工传输，因此IIC是目前最理想总线类型；模数转换组件中，陀螺仪、倾角传感器所生成的原始数据均为模拟信号，必须将这些信号转为数字信号，再转给主机进行加工；电源模块为特殊为本项目而设计的常用手机3.7V电池模组转3.3V模块，为3.3V设备提供电源；发射模块采用蓝牙模块向外发送数据；该模块为可自动配对蓝牙模块，使用方便快捷；单片机采用的是一块32位单片机，体积小，速度快，动行稳定，功耗低。该单片机为本项目的核心，所以采集到的信号均传输到32位单片机中进行处理，操作各种周边硬件，根据特殊算法对各种动作数据进行识别，并采用滤波算法去掉无用数据。

如图3所示，手势识别发送流程是：

S1、当手指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

S2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤S4设置预设初值校正偏差，不是新动作则继续累加执行步骤S3；

S3、以陀螺仪传感器检测移动终端的X、Z轴的角速度手指动作不考虑Y轴；读取5个手指的数据，结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

S4、根据步骤S2所得数据判断前一动作所处状态，根据不同状态设定手指的不同初值以纠正积分所造成误差；

S5、将步骤S3所得结果对时间积分计算得累计角度；

S6、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，并读出重力感应器读数。如没停止,则继续循环步骤S3；如检测动作停止则执行步骤S7并将此时所得的角度值作为最终结果；

S7、根据最后角度值判断各个手指是否到达处于某个手势特征数据之间，结合重力感应器各轴向读数，判断手势；如符合某个手势特征数据则输出手势结果；否则返回步骤S1到步骤S7；

S8：根据读数的各手指及手掌运动的角度值，以及重力感应器各轴向值，与每个手势特征数据库中对应值求方差，方差值最小的时对应的手势则为输出结果。如最小方差值大于阈值，则返回步骤S1。

摩尔斯码识别发送流程是：

(1)单指发送：单指：以食指X轴向积分得角度值，达到阈值则发送1,等待一定时间无角度值到达阈值则发送0，如图4所示，具体步骤为：

D1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

D2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤D4，不是新动作则继续累加执行步骤D3。

D3、以陀螺仪传感器检测食指的X轴的角速度手指动作。结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分。

D 4、将步骤D3所得结果对时间积分计算得累计角度。

D5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤D3。如检测动作停止则执行步骤D6并将此时所得的角度值作为最终结果。

D6、根据最后角度值判断是否运动超过阈值。否则执行步骤D7。

D7、等待时间T，一直无超过阈值动作则输出0，当连续输出4个0后返回步骤1。

(2)双指流程：双指：以食指、中指x轴向积分得角度，达到阈值后，食指发送1，中指发送0，如图5所示，具体步骤为：

N1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

N2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤N4，不是新动作则继续累加执行步骤N3。

N3、以陀螺仪传感器检测食指的X轴的角速度手指动作；结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

N4、将步骤N3所得结果对时间积分计算得累计角度；

N5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，例如小于10dps时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤N3。如检测动作停止则执行步骤N6并将此时所得的角度值作为最终结果；

N6、根据最后角度值判断食指、中指是否其中之一运动超过阈值，食指超过则输出1，中指超过则输出0，两者都超过则报错，其它情况返回执行步骤N1。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种将战术和摩尔斯码手势输入并转换为语音的装置，其特征在于：包括传感器组、IIC数据总线、模数转换组件、电源模块、发射模块和单片机，所述传感器组包括三轴陀螺仪、重力传感器，属于重要的数据采集装置，采集手指和手臂的动作数据；采用的是微机械型的陀螺仪；陀螺仪采集各手指和手背角速度值，手背重力传感器采集手掌倾角值，手腕处重力传感器采集手臂倾角值；IIC数据总线为微芯片间交换数据的一种总线；模数转换组件中，陀螺仪、倾角传感器所生成的原始数据均为模拟信号，将这些信号转为数字信号，再转给主机进行加工；电源模块为手机3.7V电池模组转3.3V模块，为3.3V设备提供电源；发射模块采用蓝牙模块向外发送数据；单片机采用的是一块32位单片机，采集到的信号均传输到32位单片机中进行处理，操作各种周边硬件，根据特殊算法对各种动作数据进行识别，并采用滤波算法去掉无用数据；所述装置中的手势识别发送流程是：

S1、当手指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

S2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤S4设置预设初值校正偏差，不是新动作则继续累加执行步骤S3；

S3、以陀螺仪传感器检测移动终端的 X、Z 轴的角速度手指动作不考虑Y轴；读取5个手指的数据，结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

S4、根据步骤S2所得数据判断前一动作所处状态，根据不同状态设定手指的不同初值以纠正积分所造成误差；

S5、将步骤S3所得结果对时间积分计算得累计角度；

S6、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，认为动作停止，并读出重力感应器读数；如没停止,则继续循环步骤S3；如检测动作停止则执行步骤S7并将此时所得的角度值作为最终结果；

S7、根据最后角度值判断各个手指是否到达处于某个手势特征数据之间，结合重力感应器各轴向读数，判断手势；如符合某个手势特征数据则输出手势结果；否则返回步骤S1到步骤S7；

S8：根据读数的各手指及手掌运动的角度值，以及重力感应器各轴向值，与每个手势特征数据库中对应值求方差，方差值最小的时对应的手势则为输出结果；如最小方差值大于阈值，则返回步骤S1；

所述装置中，摩尔斯码识别发送流程是：

（1）单指发送：单指：以食指X轴向积分得角度值，达到阈值则发送1,等待一定时间无角度值到达阈值则发送0，具体步骤为：

D1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

D2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤D4，不是新动作则继续累加执行步骤D3；

D3、以陀螺仪传感器检测食指的 X 轴的角速度手指动作；结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

D4、将步骤D3所得结果对时间积分计算得累计角度；

D5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤D3；如检测动作停止则执行步骤D6并将此时所得的角度值作为最终结果；

D6、根据最后角度值判断是否运动超过阈值；否则执行步骤D7；

D7、等待时间T，一直无超过阈值动作则输出0，当连续输出4个0后返回步骤1；

（2）双指流程：双指：以食指、中指x轴向积分得角度，达到阈值后，食指发送1，中指发送0，具体步骤为：

N1、当食指有所动作就开始扫描陀螺仪数据；

N2、据角速度正负值和之前数据参照判断是否为新动作，是新动作就执行步骤N4，不是新动作则继续累加执行步骤N3；

N3、以陀螺仪传感器检测食指的 X 轴的角速度手指动作；结合手背上陀螺仪生成相对角速度，并以相对角速度作积分；

N4、将步骤N3所得结果对时间积分计算得累计角度；

N5、检测动作是否停止，根据角速度值绝对值判断，当绝对值小于阈值时，认为动作停止，如没停止,则继续循环步骤N3；如检测动作停止则执行步骤N6并将此时所得的角度值作为最终结果；

N6、根据最后角度值判断食指、中指是否其中之一运动超过阈值，食指超过则输出1，中指超过则输出0，两者都超过则报错，其它情况返回执行步骤N1。