手勢識別器的設計

硬件描述

　　系統(tǒng)硬件分為兩個部分：CT-298和MM-2860。

　　CT-298是由MC9S08QG單片機構成、由USB總線電源供電的小型評估板。CT-298上安裝有按鈕開關、LED燈、蜂鳴器等作為開發(fā)的輸入輸出器件。同時，USB-COM轉換電路采用了FTDI公司制造的FT232R，容許單片機與電腦之間通過USB接口進行串行通信。BDM用于代碼的燒寫及系統(tǒng)的調試。

　　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為其設計的插口上。MM-2860的電源是由CT-298上的MC9S08QG8單片機的PTB5端口來控制的，當PTB5端口為L時電源接通。此外，g-SELECT開關是選擇傳感器靈敏度的開關，使用時將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

　　單片機主程序的流程如圖7所示。

　　系統(tǒng)上電后，首先要對單片機的硬件系統(tǒng)進行初始化、配置寄存器等操作，之后才可以進行數據采集，將加速度的值進行A/D轉換，得到量化的值。圖片菜單是二級菜單，如果沒有接到演示系統(tǒng)傳給單片機進入二級菜單的指令，則單片機一直在主程序運行，不斷地采集A/D值、進行動作判定，并向演示系統(tǒng)發(fā)送type_action的指令。演示系統(tǒng)可根據接收到的type_action的類型采取相應的動作。如果單片機接收到進入二級菜單的命令，則進入圖片菜單，同時也執(zhí)行類似于主程序的動作判定程序，并不斷更新A/D采樣值，發(fā)送type_action，直到接收到退出二級菜單指令才退出。下面詳細介紹一下各個功能模塊的具體設置。

　　單片機系統(tǒng)主要的工作有：將加速度傳感器的模擬數據進行A/D轉換、向演示系統(tǒng)發(fā)送type_action的動作類型、接收演示系統(tǒng)發(fā)來的進出二級菜單的指令、設置采樣值，除此之外還需要對系統(tǒng)時鐘、外部設備（燈，buzzer）進行配置。根據單片機的主要工作內容選擇單片機內部的功能設備，包括A/D轉換器、模定時器、串行通信模塊（SCI）、內部時鐘源模塊。

　　數據采集

　　系統(tǒng)設置的采樣頻率為200Hz，每秒鐘分別對X、Y、Z 三軸采樣200個數據，因此定義了三個大小為N的數組對數據進行緩存，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void acce_meas(void) 負責將采樣的數據分別放到這三個數組中，下面是程序的具體實現：

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(); //延時函數，用來設定采樣率

}

　　　動作檢測

　　動作檢測主要是用獲得的三組數據值x_data[N]、y_data[N]、z_data[N]來判定當前動作是系統(tǒng)設定動作中的哪一個，如果符合，則發(fā)送這個動作對應的預定義值給演示終端，否則發(fā)送NO_ACTION。type_dectction()用來實現動作檢測，其中type_move為函數內部變量，用于記錄動作代碼。type_dectction()進行動作檢測的流程如圖8所示。

演示終端

　　J2ME平臺開發(fā)環(huán)境配置

　　進行J2ME的開發(fā)需要從網絡上下載免費的開發(fā)環(huán)境。運行Eclipse后進行最后的配置：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開發(fā)包是專門針對移動無線設備而設計的開發(fā)包，并提供了一個統(tǒng)一的平臺。在WTK的框架下開發(fā)出來的java程序可以被眾多的移動設備所支持，能夠有效解決兼容性的問題。

　　程序分為主進程、串口監(jiān)視模塊和定制化用戶界面三大部分，分別基于J2ME不同的類庫派生而成，三部分之間通過消息機制相互聯系，共同構成整個程序的運行周期。具體每個模塊所實現的功能參考下節(jié)內容。

　　軟件應用程序的組織結構

　　本軟件應用程序在WTK的手機仿真器下進行設計，分為Base和display兩個package。在Base Package中包含MainRoutine.java和RS232Port.java兩個java文件；在display Package中的文件較多，主要實現了UI和基本的key響應。下面介紹軟件部分的實現方法：

　　·MainRoutine類

　　MainRoutine為程序的入口類，它整合了程序中的所有的對象。MainRoutine派生于MIDlet類，重載實現了MIDlet中的startApp、pauseApp、destroyApp等方法，并且在constructor中加入了exitCommand命令，從而實現了手機的關機功能。

　　可以看出MainRoutine實現了程序的入口和退出，并同時標志了程序的基本框架，給具體的功能應用打下了堅實的基礎。

　　·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，是因為其超類Canvas不能動態(tài)地響應key，而我們對Canvas的要求是能夠通過對串口導入的數據（或按鍵）得到的keyCode做出相應的動作，比如圖片的翻轉、文本的滾動等等。于是，我們可以通過vCanvas派生出一系列的子類，實現我們的具體要求，為將來的開發(fā)提供了方便。

　　·DisplayItem類

　　DisplayItem是基礎類，提供了通用的string數據組合。該類的構造方法中需要輸入shortText、longText和extra三個string參數，這樣就保證了每個DisplayItem都可以返回三個不同長度的文本信息，在不同的場合使用。其中shortText用于UI中的標題顯示，longText為Item的主體內容，extra為Item的附加信息。 DisplayItem類在本系統(tǒng)中會被例化來描述菜單和子功能的內容，是應用廣泛的一個基礎類。

　　·ImageCanvas類

　　ImageCanvas同樣繼承于基礎類vCanvas，它的主要功能是實現了對圖片的瀏覽及旋轉、鏡像等基本操作。

　　考慮到目前使用手機瀏覽圖片、拍攝圖片的多方向性，如果能夠通過加速度傳感器自動校正圖片的方向，使它自動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。于是我們對圖片的瀏覽功能模塊增加了向左或者向右旋轉90°的功能。這樣用戶就會驚喜地發(fā)現無論他的手機怎樣擺放，顯示的圖片將永遠保持與地面垂直。

　　·ListCanvas類

　　ListCanvas提供了主畫面的顯示能力，并將用戶操作派生到內部聚合成員上面去。具體功能的Item將包含在ListCanvas之中，每一個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的詳細信息，也可以用SELECT鍵來標記每個Item。

　　·ItemListCanvas類：

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

結論

　　本系統(tǒng)采用Freescale的單片機MC9S08QG和加速度傳感器MMA7260Q實現了便攜式手持設備的手勢控制，并采用了開放的J2ME平臺實現了終端應用程序。系統(tǒng)完整，實用性強，成本低廉，在滿足用戶基本操作需要的同時，增加了移動設備操作的趣味性和靈活性。同時，加速度傳感器MMA7260Q較小的體積和獨特的節(jié)電模式更使其在移動設備的應用中有著極大的優(yōu)勢?？梢灶A見，在未來的手持設備系統(tǒng)中會大量采用類似的手勢識別功能，因此具有廣闊的市場應用前景。