一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统及其实现方法，该控制系统中MCU处理器通过滤波器和VGA放大器与雷达芯片相连，MCU处理器分别与低压差线性稳压器、仿真器、USB转串口连接器相互连接，雷达芯片通过一个频率合成器与低压差线性稳压器相连，实现方法接收高频毫米波雷达芯片输出的目标信息，方位判断的内容包括顺时针动作、逆时针动作、基于多普勒效应判断的其他手势。本发明专利技术具备的有益技术效果是：本发明专利技术采用的高频毫米波雷达环境适应性好，不受温度、光照、雾气等意外因素影响，识别效率高(一个雷达识别多种动作)，硬件成本低，略高于红外感应，远低于光学识别，安全性高，仅识别动作，无隐私泄露之虞。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统及其实现方法
本专利技术涉及一种无接触控制系统及其实现方法，尤其涉及一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统及其实现方法。
技术介绍
随着整个社会对于卫生状况的看重，无接触操控越来越受到人们的青睐，尤其是对于医疗、科研、化工等对环境卫生状况敏感的场所，亟待一种可靠、稳定、安全的无接触控制系统。毫米波雷达已经在汽车行业中得到广泛应用，但传统的毫米波雷达只探测目标的距离、位置、速度信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统及其实现方法，解决现有技术存在的缺憾。本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，该控制系统中具有一个MCU处理器，所述MCU处理器通过滤波器和VGA放大器与一个雷达芯片相连，MCU处理器分别与低压差线性稳压器、仿真器、USB转串口连接器相互连接，所述雷达芯片通过一个频率合成器与所述低压差线性稳压器相连，上述各个元器件的连接方式为电性连接，其中：所述MCU处理器用于接收和发送雷达芯片的数据信号，进行数/模或模/数转换并进行处理，并与仿真器进行数据交互，将雷达芯片探测到数据转变为目标信息数据，输出到上位机或仿真器；所述雷达芯片具有发射天线和接收天线，用于发射波和接收目标反射和接收目标反射波；所述VGA放大器用于放大天线的传输功率，所述频率合成器的作用是根据固定时间基准或晶体振荡器产生任一范围的频率。进一步的，所述频率合成器连接50MHz晶体振荡器，所述MCU处理器连接8MHz晶体振荡器。进一步的，所述频率合成器的型号为ADF4159.进一步的，所述USB转串口连接器的型号为CP2104。一种实现基于高频毫米波雷达的无接触控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1)、接收高频毫米波雷达芯片输出的目标信息，对目标信息进行过滤，剔除离散的偶发目标点；步骤2)、建立三维坐标系，根据有效目标所在坐标系中象限位置的变化进行方位判断；步骤3)、在步骤2)中，方位判断的内容包括顺时针动作、逆时针动作或基于多普勒效应判断的其他手势。进一步的，在步骤3)中，顺时针动作和逆时针动作的判断依据是以实际动作经过连续的三个象限为准，判断是否为顺时针或逆时针手势。进一步的，所述基于多普勒效应判断的其他手势指的是：有效目标的动作过程区域分为两个半程，其中前半程为靠近雷达天线的过程，后半程为越过雷达天线并远离的过程和/或不越过雷达天线而原路返回的过程；进一步的：利用多普勒效应的判断除顺时针或逆时针的其他手势，利用目标的速度维简化参数，如果目标运动方向之和的绝对值小于有效目标数，则表示目标越过雷达天线或相对于雷达天线进行往返运动，如果目标运动方向之和的绝对值不小于有效目标数，则表示目标动作靠近或远离雷达天线的单向半程动作，或：如果目标动作为水平方向的半程动作，则根据全程目标点水平角度之和，判断目标动作的整体运动位于右半区还是左半区，或：目标动作为垂直方面的半程动作，根据目标运动方向之和的正负判断是“按下”还是“提拉”动作。进一步的，如果目标的整体运动为水平方向，且目标不越过雷达天线，则目标是在三维坐标系的上半区或下半区进行动作，此时根据目标点垂直方向角度之和的正负，判断目标为“上按”或“下按”动作，或：目标在三维坐标系的左半区或右半区进行动作，如果目标的左右运动方向越过雷达天线，则根据前/后半程目标点的水平方向角度大小判断是“从左到右”或“从右到左”的动作，或：目标不越过雷达天线，则根据目标的整体运动是位于三维坐标系的右半区还是左半区判断是“左按”或“右按”动作。进一步的，如果目标的整体运动为垂直方向的动作，且目标不越过雷达天线，则目标的左右运动方向不越过雷达天线，则目标是在三维坐标系的左半区或右半区进行动作，此时根据全程目标点水平角度之和的正负，判断是“左按”还是“右按”，或：目标在三维坐标上半区或下半区进行动作，如果目标左右运动方向越过雷达天线，且上下方向越过雷达天线，则根据前/后半程的目标垂直方向的角度大小判断是“上到下”或“下到上”的动作，或：根据全程目标点垂直角度之和判断目标的整体运动位于三维坐标系的上半区或下半区。本专利技术具备的有益技术效果是：本专利技术采用的高频毫米波雷达环境适应性好，不受温度、光照、雾气等意外因素影响，识别效率高(一个雷达识别多种动作)，硬件成本低，略高于红外感应，远低于光学识别，安全性高，仅识别动作，无隐私泄露之虞。本专利技术采用的高频毫米波雷达相比传统毫米波雷达可达到更高的角度分辨率和距离分辨率，可以更精确的探测近距目标。且本专利技术使用的软件算法通过对目标距离、位置角度、速度、微多普勒效应的分析处理，实现了对不同动作(手势)的识别，从而实现用动作(手势)控制设备。附图说明图1是本专利技术的整体构架图。图2是本专利技术的硬件电路框图。图3是三维坐标系示意图。图4是三维坐标系水平轴发射波、反射波与法线的夹角示意图。图5是三维坐标系垂直轴发射波、反射波与法线的夹角示意图。图6是三维坐标系的象限示意图。图7是手势判断算法的顺时针、逆时针逻辑流程图。图8是手势判断算法的其他手势逻辑流程图。图9是手势判断算法的整体逻辑流程图。具体实施方式通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本专利技术，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本专利技术技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本专利技术的技术方案所限定的保护范围。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于高频毫米波雷达的能准确识别多种动作(手势)的无接触控制技术，用于解决传统设备必须人手接触物理设备进行控制而造成的卫生及安全问题，改善传统光学识别设备和红外感应设备对环境温度、光照、视野清晰度的依赖，杜绝隐私泄露的风险，降低硬件成本。本专利技术采用高频毫米波雷达作为感应器，高频毫米波雷达芯片识别基本动作(手势)，以手势识别算法对高频毫米波雷达芯片输出的数据做二次分析，输出更精细的动作(手势)信号给第三方设备。如图1和图2所示，本专利技术的硬件部分包括接收天线接收反射的高频毫米波，经高频毫米波雷达芯片处理后，转变为探测到的目标信息(距离、角度、速度)数据，输出到数据处理模块(单片机：可根据需求选择具体型号)，经软件算法处理后，根据与第三方设备(使用本专利技术的设备)规定的接口规范，输出相应指令(指令内容为动作(手势)信息)。如图7至图9所示的本专利技术软件部分：接收到高频毫米波雷达芯片输出的数据(目标信息)，首先对目标进行过滤，剔除离散的目标(偶发目标点)。然后对有效目标进行方位判断(所在象限)，确定是否顺时针或逆时针动作。接下来对单一动作进行判断，由于每个人动作幅度不同，动作结尾拖沓可能造成多余的目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，该控制系统中具有一个MCU处理器，所述MCU处理器通过滤波器和VGA放大器与一个雷达芯片相连，MCU处理器分别与低压差线性稳压器、仿真器、USB转串口连接器相互连接，所述雷达芯片通过一个频率合成器与所述低压差线性稳压器相连，上述各个元器件的连接方式为电性连接，其中：/n所述MCU处理器用于接收和发送雷达芯片的数据信号，进行数/模或模/数转换并进行处理，并与仿真器进行数据交互，将雷达芯片探测到数据转变为目标信息数据，输出到上位机或仿真器；/n所述雷达芯片具有发射天线和接收天线，用于发射波和接收目标反射和接收目标反射波；/n所述VGA放大器用于放大天线的传输功率，所述频率合成器的作用是根据固定时间基准或晶体振荡器产生任一范围的频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，该控制系统中具有一个MCU处理器，所述MCU处理器通过滤波器和VGA放大器与一个雷达芯片相连，MCU处理器分别与低压差线性稳压器、仿真器、USB转串口连接器相互连接，所述雷达芯片通过一个频率合成器与所述低压差线性稳压器相连，上述各个元器件的连接方式为电性连接，其中：
所述MCU处理器用于接收和发送雷达芯片的数据信号，进行数/模或模/数转换并进行处理，并与仿真器进行数据交互，将雷达芯片探测到数据转变为目标信息数据，输出到上位机或仿真器；
所述雷达芯片具有发射天线和接收天线，用于发射波和接收目标反射和接收目标反射波；
所述VGA放大器用于放大天线的传输功率，所述频率合成器的作用是根据固定时间基准或晶体振荡器产生任一范围的频率。


2.根据权利要求1所述的基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，所述频率合成器连接50MHz晶体振荡器，所述MCU处理器连接8MHz晶体振荡器。


3.根据权利要求1所述的基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，所述频率合成器的型号为ADF4159。


4.根据权利要求1所述的基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，所述USB转串口连接器的型号为CP2104。


5.一种实现基于高频毫米波雷达的无接触控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1)、接收高频毫米波雷达芯片输出的目标信息，对目标信息进行过滤，剔除离散的偶发目标点；
步骤2)、建立三维坐标系，根据有效目标所在坐标系中象限位置的变化进行方位判断；
步骤3)、在步骤2)中，方位判断的内容包括顺时针动作、逆时针动作或基于多普勒效应判断的其他手势。


6.根据权利要求5所述的实现基于高频毫米波雷达的无接触控制方法，在步骤3)中，顺时针动作和逆时针动作的判断依据是以实际动作经过连续的三个象限为准，判断是否为顺时针或逆时针手势。


7.根据权利要求5所述的基于高频毫米波雷达的无接触控制系统，其特征在于，所述基于多普勒效应判断的其他手势指的是：有效目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，张毅，
申请(专利权)人：上海栩讷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31