一种电子设备的控制系统和方法技术方案

一种电子设备的控制系统和方法，这个控制系统由附着在多个手指上的多个独立的感应单元、信号处理器和接口模块组成，每个感应单元至少包含一个三维重力加速度传感器或一个三维陀螺仪传感器用来分别获得对应手指的加速度或角度，然后信号处理器再对这些收集到的加速度和角度数据进行处理和比较差别，从而分析出手指的动作，再转换成电子设备可以识别的电子信号和信息，最后通过接口模块输入到并控制电子设备，是一种不受空间限制、超低功耗、便于携带、便于学习和使用、同时适合多种电子设备的控制系统和方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用手指的各种动作控制电子设备的系统，是一种输入系统，属信息处理领域。
技术介绍
电脑、手机、游戏机、电子乐器等在社会中大量普及和使用，物联网的概念一经提出就引起巨大影响，这些设备和技术都会面临一个问题怎样提供一个界面友好易于控制的人机界面。这些电子设备大多带有作为输出系统的显示器提示用户当前的状态和其它信息；常用的输入设备也很多，控制电脑时大都使用鼠标和键盘，控制手机使用触摸屏和键盘，控制游戏机使用体感控制器和按键、控制电视使用遥控器。这些控制设备使用的输入设备虽然种类繁多，但都需要人手来操作，而且基本是各个手指来控制。由此引发了一个有趣的问题是否可以将这些设备融合为一个设备统一由手来操作。MEMS (微电子机械系统)加速度传感器是基于MEMS固态硅基电容式，基于惯性原理的，既可以测静态的加速度如地球重力加速度，又可以测动态的加速度如冲击、振动等； 其倾角测量也是基于加速度传感器的原理，即地球重力加速度对传感器中的惯性质量块的作用致使质量块相对于两个极板发生偏移导致极板间的电容发生改变最后输出电压发生变化。MEMS加速度传感器可以用来监测振动、运动等，其有模拟电压输出和数字SPI输出。 三维MEMS重力加速度传感器可以检测三维方向上的加速度，以其出色的性能，如体积小、 功耗极低、高精度、线性度、稳定性、重复性、可靠性、温度特性、抗振性等，已广泛运用于各个领域，特别是手持设备中大量使用。根据位移公式可以S = V0t+l/2at2 ；可知位移S与初速度Vtl、加速度a和时间t有关，如果初速度Vtl为零，则只与加速度a和时间t有关，所以只要在开始动作前保持静止， 既可以根据变化的加速度和时间计算出后续连续的位移的大小。只要有了三维坐标轴上的加速度的方向和大小，再加上时间，就可以进一步计算出三维方向上的方向、位移、速度和加速度。关于使用MEMS加速度传感器作为鼠标移动功能的具体实现和算法已经很多，这里不再详细说明。三维重力加速度传感器以重力(F = mg)为输入矢量来决定物体在空间的姿态。把加速度传感器固定在物体的水平面上，当物体姿态改变时，加速度传感器的敏感轴随之转动一定角度，由于重力的作用，传感器敏感轴上的加速度会发生改变，因此可通过测量加速度的变化来反映物体姿态的变化。通过三轴加速度传感器进行倾角计算的具体算法已经有大量公开的研究，这里不再详细说明。有了角度和对应的时间，就可以近一步计算出角速度和角加速度。陀螺仪又名角速度计，多数的方案是通过一个不断旋转的陀螺，当传感器晃动时， 会改变陀螺的水平，并且改变周遭的电压，进而计算出物体移动的角度。陀螺仪与三维重力加速度传感器看起来很接近，不过加速度计只能侦测物体的移动行为，并不具备精确侦测物体角度改变的能力，陀螺仪可以侦测物体水平改变的状态，但无法计算物体移动的激烈程度。三维MEMS陀螺仪传感器可以检测三维方向上的移动的角度，以其出色的性能，如体积小、功耗极低、高精度、线性度、稳定性、重复性、可靠性、温度特性、抗振性等，已广泛运用于各个领域，特别是手持设备中大量使用。MEMS环境振动驱动的微型压电发电工作原理是利用环境振动激励压电悬臂梁发电系统产生受迫振动，从而引起压电体在激振力作用下发生机械应变，经材料内部机电耦合转换将机械应变能转换为电能，在压电薄膜的表面产生电荷，通过外电路对电荷进行收集和处理，从而作为微电池为微功耗的微型器件供电。Nordic半导体的nRFMLEl在尺寸方面超过了以前的超低功率(ULP)系统芯片 (SoC)它把2. 4GHz收发器核和一个8位混合信号微控制器与闪存集成在一块芯片上，用于超低功耗无线系统。尺寸为4X 4mm，是目前尺寸最小的单片超低功耗无线解决办法，只需要一块芯片就可以实现无线应用系统，且最大电流很小，可以用钮扣电池供电。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种轻巧、方便、自然、通用的电子设备的输入设备系统和方法，此系统可以让用户方便地用手指的动作控制电脑、手持设备、游戏机、模拟乐器等。更简单地说，此系统和方法可以替代和模拟鼠标、键盘、触摸屏、遥控器等常用的使用手指的输入设备。本专利技术的基本思路就是监控人的手指的运动，并将其运动转换为电子设备识别的信号而达到控制电子设备的目的，只要手指做出了相应的动作，就可以控制电子设备，这种控制方法非常自然和直观。本专利技术中的控制系统由附着在多个手指上的多个独立的感应单元、信号处理器和接口模块组成，每个感应单元至少包含一个三维重力加速度传感器或一个三维陀螺仪传感器用来分别获得对应手指的加速度或角度，然后信号处理器再对这些收集到的加速度和角度数据进行处理和比较差别，从而分析出手指的动作，再转换成电子设备可以识别的电子信号和信息，最后通过接口模块输入到并控制电子设备。需要指出的是，每个感应单元中可以根据需要添加电源模块、无线模块(或有线模块)组合成一个更复杂的感应单元，而各个感应单元可以通过无线方式(或有线方式)将感应到的感应数据不断地报告给信号处理器。每个感应单元可以只有一个三维重力加速度传感器(或三维陀螺仪传感器)，而这个传感器通过有线方式直接将感应数据报告给信号处理器。采用无线模块时，感应单元附着方式特别灵活，比较适合采用较少(如2个)感应单元的控制系统，如鼠标控制系统；采用有线模块的感应单元比较适合采用多个(如10个)感应单元的控制系统，如电子乐器模拟控制系统；当然多个有线感应单元也可以共用一个无线模块将多个手指的感应数据统一报告给控制系统处理器。所以这个系统至少由一个信号处理器、接口模块和两个感应单元组成。十只手指可以就有十个对应的感应单元，两只手指可以有两个对应的感应单元，但一只手指上也可以用多个感应单元。电子设备的接口可以包括但不限于USB、PS2、串口、WIFI、ZigBee、蓝牙、红外等接口(包括硬件接口其对应软件协议)，控制系统可以根据电子设备的接口采用合适的接口标准，用于将识别出的手指动作对应的信息发送给电子设备进行进一步处理，如鼠标类控制系统识别出对应于左键按下的动作后，通过USB中HID鼠标协议将左键按下的信息告知电子设备，此时的电子设备可以是一台电脑。系统不断地识别出手指完成的动作，就可以不断地发出信息控制电子设备。感应单元附着在手指上的方式包括但不限于将传感器内置在指环、指套、手套中然后佩戴在各手指上；将传感器黏贴固定在各手指上；通过各种手段将传感单元内置在手指皮肤下；将传感器放在手指周围贴近手指的有弹性的结构上，这样手指做按下或弯曲动作时弹性物体变形，手指弹起时弹性物体自然反弹，这样也可以感应到手指的动作，也是一种佩戴方式。一般来讲，为了取得较好的感应效果，感应单元可以感应手指的指甲、指尖、各个中节指骨对应的指段，拇指的感应单元可以感应远节拇指的位置，其它手指的感应单元可以感应手指的各个中节指骨对应的位置。感应单元手指感应的位置在系统开始工作后不应该发生重大变化，否则会干扰系统对手指动作的判别，如感应单元不能在一个动作尚未完成时就从食指第一关节上方就移动到第二关节上方，或者也不能从第一关节上方移动到第一关节侧面，否则系统可能会识别失败。很显然，因为手掌手心的方向根据手腕旋转的角度而不同，手掌手心的方向可能朝向任何一个方向，所以此系统开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苗胜，蒋霞，
申请(专利权)人：蒋霞，
类型：发明
国别省市：