手勢(shì)識(shí)別器的設(shè)計(jì)

硬件描述

　　系統(tǒng)硬件分為兩個(gè)部分：CT-298和MM-2860。

　　CT-298是由MC9S08QG單片機(jī)構(gòu)成、由USB總線電源供電的小型評(píng)估板。CT-298上安裝有按鈕開(kāi)關(guān)、LED燈、蜂鳴器等作為開(kāi)發(fā)的輸入輸出器件。同時(shí)，USB-COM轉(zhuǎn)換電路采用了FTDI公司制造的FT232R，容許單片機(jī)與電腦之間通過(guò)USB接口進(jìn)行串行通信。BDM用于代碼的燒寫(xiě)及系統(tǒng)的調(diào)試。

　　MM-2860是含有Freescale公司制造的MMA7260Q型三軸小量程加速度傳感器的模塊，它可以直接安裝在CT-298為其設(shè)計(jì)的插口上。MM-2860的電源是由CT-298上的MC9S08QG8單片機(jī)的PTB5端口來(lái)控制的，當(dāng)PTB5端口為L(zhǎng)時(shí)電源接通。此外，g-SELECT開(kāi)關(guān)是選擇傳感器靈敏度的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)將MM-2860插入到CT-298的接口中即可。本系統(tǒng)采用加速度傳感器的靈敏度選擇為800 mV/g。

軟件描述

　　單片機(jī)主程序的流程如圖7所示。

　　系統(tǒng)上電后，首先要對(duì)單片機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行初始化、配置寄存器等操作，之后才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將加速度的值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到量化的值。圖片菜單是二級(jí)菜單，如果沒(méi)有接到演示系統(tǒng)傳給單片機(jī)進(jìn)入二級(jí)菜單的指令，則單片機(jī)一直在主程序運(yùn)行，不斷地采集A/D值、進(jìn)行動(dòng)作判定，并向演示系統(tǒng)發(fā)送type_action的指令。演示系統(tǒng)可根據(jù)接收到的type_action的類型采取相應(yīng)的動(dòng)作。如果單片機(jī)接收到進(jìn)入二級(jí)菜單的命令，則進(jìn)入圖片菜單，同時(shí)也執(zhí)行類似于主程序的動(dòng)作判定程序，并不斷更新A/D采樣值，發(fā)送type_action，直到接收到退出二級(jí)菜單指令才退出。下面詳細(xì)介紹一下各個(gè)功能模塊的具體設(shè)置。

　　單片機(jī)系統(tǒng)主要的工作有：將加速度傳感器的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、向演示系統(tǒng)發(fā)送type_action的動(dòng)作類型、接收演示系統(tǒng)發(fā)來(lái)的進(jìn)出二級(jí)菜單的指令、設(shè)置采樣值，除此之外還需要對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、外部設(shè)備（燈，buzzer）進(jìn)行配置。根據(jù)單片機(jī)的主要工作內(nèi)容選擇單片機(jī)內(nèi)部的功能設(shè)備，包括A/D轉(zhuǎn)換器、模定時(shí)器、串行通信模塊（SCI）、內(nèi)部時(shí)鐘源模塊。

　　數(shù)據(jù)采集

　　系統(tǒng)設(shè)置的采樣頻率為200Hz，每秒鐘分別對(duì)X、Y、Z 三軸采樣200個(gè)數(shù)據(jù)，因此定義了三個(gè)大小為N的數(shù)組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，他們是：

char x_data[N];

char y_data[N];

char z_data[N];

　　這里N取50，每0.25s存取一次，1s鐘可以存取4次，保證采樣率為200。函數(shù)void acce_meas(void) 負(fù)責(zé)將采樣的數(shù)據(jù)分別放到這三個(gè)數(shù)組中，下面是程序的具體實(shí)現(xiàn)：

for(j=0;j

{

for(i=0;i<3;i++)

{

if(i==0)

{

adc_go(0); //選擇A/D信道0

x_data[j]= ADC_val_L; //X軸

}

else if(i==1 )

{

adc_go(6); //選擇A/D信道6

y_data[j]= ADC_val_L; //Y軸

}

else

{

adc_go(7); //選擇A/D信道7

z_data[j]= ADC_val_L; //Z軸

}

}

delay(); //延時(shí)函數(shù)，用來(lái)設(shè)定采樣率

}

　　　動(dòng)作檢測(cè)

　　動(dòng)作檢測(cè)主要是用獲得的三組數(shù)據(jù)值x_data[N]、y_data[N]、z_data[N]來(lái)判定當(dāng)前動(dòng)作是系統(tǒng)設(shè)定動(dòng)作中的哪一個(gè)，如果符合，則發(fā)送這個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的預(yù)定義值給演示終端，否則發(fā)送NO_ACTION。type_dectction()用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作檢測(cè)，其中type_move為函數(shù)內(nèi)部變量，用于記錄動(dòng)作代碼。type_dectction()進(jìn)行動(dòng)作檢測(cè)的流程如圖8所示。

演示終端

　　J2ME平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境配置

　　進(jìn)行J2ME的開(kāi)發(fā)需要從網(wǎng)絡(luò)上下載免費(fèi)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。運(yùn)行Eclipse后進(jìn)行最后的配置：Window->preferences->J2ME->Platform Component然后右鍵選擇 Wireless Toolkil，再選擇彈出菜單中的 Add Wireless Toolkil，選擇剛剛安裝的J2ME Toolkit的安裝路徑: C:WTK22，這樣基本配置就完成了。

　　J2ME的WTK開(kāi)發(fā)包是專門(mén)針對(duì)移動(dòng)無(wú)線設(shè)備而設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)包，并提供了一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)。在WTK的框架下開(kāi)發(fā)出來(lái)的java程序可以被眾多的移動(dòng)設(shè)備所支持，能夠有效解決兼容性的問(wèn)題。

　　程序分為主進(jìn)程、串口監(jiān)視模塊和定制化用戶界面三大部分，分別基于J2ME不同的類庫(kù)派生而成，三部分之間通過(guò)消息機(jī)制相互聯(lián)系，共同構(gòu)成整個(gè)程序的運(yùn)行周期。具體每個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)的功能參考下節(jié)內(nèi)容。

　　軟件應(yīng)用程序的組織結(jié)構(gòu)

　　本軟件應(yīng)用程序在WTK的手機(jī)仿真器下進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為Base和display兩個(gè)package。在Base Package中包含MainRoutine.java和RS232Port.java兩個(gè)java文件；在display Package中的文件較多，主要實(shí)現(xiàn)了UI和基本的key響應(yīng)。下面介紹軟件部分的實(shí)現(xiàn)方法：

　　·MainRoutine類

　　MainRoutine為程序的入口類，它整合了程序中的所有的對(duì)象。MainRoutine派生于MIDlet類，重載實(shí)現(xiàn)了MIDlet中的startApp、pauseApp、destroyApp等方法，并且在constructor中加入了exitCommand命令，從而實(shí)現(xiàn)了手機(jī)的關(guān)機(jī)功能。

　　可以看出MainRoutine實(shí)現(xiàn)了程序的入口和退出，并同時(shí)標(biāo)志了程序的基本框架，給具體的功能應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　·vCanvas類

　　vCanvas繼承了Canvas類，并增加了externalMsg方法。之所以在其中增加externalMsg方法，是因?yàn)槠涑怌anvas不能動(dòng)態(tài)地響應(yīng)key，而我們對(duì)Canvas的要求是能夠通過(guò)對(duì)串口導(dǎo)入的數(shù)據(jù)（或按鍵）得到的keyCode做出相應(yīng)的動(dòng)作，比如圖片的翻轉(zhuǎn)、文本的滾動(dòng)等等。于是，我們可以通過(guò)vCanvas派生出一系列的子類，實(shí)現(xiàn)我們的具體要求，為將來(lái)的開(kāi)發(fā)提供了方便。

　　·DisplayItem類

　　DisplayItem是基礎(chǔ)類，提供了通用的string數(shù)據(jù)組合。該類的構(gòu)造方法中需要輸入shortText、longText和extra三個(gè)string參數(shù)，這樣就保證了每個(gè)DisplayItem都可以返回三個(gè)不同長(zhǎng)度的文本信息，在不同的場(chǎng)合使用。其中shortText用于UI中的標(biāo)題顯示，longText為Item的主體內(nèi)容，extra為Item的附加信息。 DisplayItem類在本系統(tǒng)中會(huì)被例化來(lái)描述菜單和子功能的內(nèi)容，是應(yīng)用廣泛的一個(gè)基礎(chǔ)類。

　　·ImageCanvas類

　　ImageCanvas同樣繼承于基礎(chǔ)類vCanvas，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖片的瀏覽及旋轉(zhuǎn)、鏡像等基本操作。

　　考慮到目前使用手機(jī)瀏覽圖片、拍攝圖片的多方向性，如果能夠通過(guò)加速度傳感器自動(dòng)校正圖片的方向，使它自動(dòng)滿足我們想要的方向，那么我們就免除了很多不必要的麻煩。于是我們對(duì)圖片的瀏覽功能模塊增加了向左或者向右旋轉(zhuǎn)90°的功能。這樣用戶就會(huì)驚喜地發(fā)現(xiàn)無(wú)論他的手機(jī)怎樣擺放，顯示的圖片將永遠(yuǎn)保持與地面垂直。

　　·ListCanvas類

　　ListCanvas提供了主畫(huà)面的顯示能力，并將用戶操作派生到內(nèi)部聚合成員上面去。具體功能的Item將包含在ListCanvas之中，每一個(gè)Item擁有顯示在屏幕上的ShortItem，顯示在detail screen中的LongText，還有不被顯示的ExtraText，當(dāng)然其信息我們也是可以得到的。在ListCanvas中，我們可以用“右鍵”顯示Item的詳細(xì)信息，也可以用SELECT鍵來(lái)標(biāo)記每個(gè)Item。

　　·ItemListCanvas類：

　　ItemListCanvas同樣繼承了vCanvas類，實(shí)現(xiàn)了多條目文本瀏覽的功能，構(gòu)造方法的輸入依次為Display、Displayable、Font、Title和ItemVector。將多條String構(gòu)造為一個(gè)Vector傳遞給ItemListCanvas后，該類能夠提供一個(gè)多條目文本實(shí)現(xiàn)的用戶界面。本系統(tǒng)的“關(guān)于本系統(tǒng)”子功能就是通過(guò)實(shí)例化該類得到的。

結(jié)論

　　本系統(tǒng)采用Freescale的單片機(jī)MC9S08QG和加速度傳感器MMA7260Q實(shí)現(xiàn)了便攜式手持設(shè)備的手勢(shì)控制，并采用了開(kāi)放的J2ME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了終端應(yīng)用程序。系統(tǒng)完整，實(shí)用性強(qiáng)，成本低廉，在滿足用戶基本操作需要的同時(shí)，增加了移動(dòng)設(shè)備操作的趣味性和靈活性。同時(shí)，加速度傳感器MMA7260Q較小的體積和獨(dú)特的節(jié)電模式更使其在移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用中有著極大的優(yōu)勢(shì)。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的手持設(shè)備系統(tǒng)中會(huì)大量采用類似的手勢(shì)識(shí)別功能，因此具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。