唐培智

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，玩具也變的更加的智能化?；诖?，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種新型的基于手勢控制的智能車模型來用于滿足人們的需求。該款智能車分為控制手套與智能車本體兩個(gè)本部分。其中控制手套由陀螺儀、單片機(jī)與藍(lán)牙發(fā)送模塊3個(gè)部分組成，其中陀螺儀用于檢測手勢信息，單片機(jī)負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)換以及發(fā)送陀螺儀的信息，藍(lán)牙發(fā)送模塊則用于發(fā)送單片機(jī)的信息。而智能車本體包含單片機(jī)、藍(lán)牙接收模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)三部分組成，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)接收單片機(jī)的命令，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，以完成智能車的運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。通過不斷的論證，本設(shè)計(jì)是可行的，可以完成預(yù)定的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 手勢控制；單片機(jī)；陀螺儀

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）216-0121-02

目前的玩具產(chǎn)品已經(jīng)變得越來越受歡迎，并且范圍也不僅僅局限于兒童。并且玩具所包含的科技元素也越來越多，這也都得益于科技的發(fā)展。而在玩具方面，玩具車是最受大眾歡迎的玩具之一。而且玩具車的種類很多，比如無動(dòng)力的玩具車，電動(dòng)類的玩具車以及借助發(fā)條或者慣性的玩具車。這其中，電動(dòng)類的玩具車最受各類人群的歡迎，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了專門用于競技的賽車。在電動(dòng)玩具車領(lǐng)域內(nèi)，遙控車又是其中很重要的一個(gè)組成部分。目前市面上的遙控車大多都是利用手持的遙控器來完成，這在一定程度上影響到了控制時(shí)真實(shí)性的體驗(yàn)。為了更進(jìn)一步的完善玩具的功能與控制方式，使得玩具持有者具有更佳的體驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款新型控制方式的智能車就顯得非常重要。有鑒于現(xiàn)在人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，本設(shè)計(jì)擬采用手勢識(shí)別的方式來簡單的控制智能車，以此達(dá)到更好的控制體驗(yàn)效果。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)制作的是一款智能車，采用的方式是基于手勢控制的方法。具體實(shí)施的方式是通過識(shí)別手掌的下壓、上抬、左偏以及右偏來控制完成智能車的運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。為此，該設(shè)計(jì)要解決的問題主要有以下幾個(gè)方面：

1）手勢動(dòng)作的識(shí)別問題。

2）手勢動(dòng)作信息的傳遞問題。

3）手勢動(dòng)作信息的接收問題。

4）智能車的運(yùn)動(dòng)控制問題。

本設(shè)計(jì)所有的動(dòng)作都是自動(dòng)完成的，不再需要人為過多的參與，本設(shè)計(jì)的核心是關(guān)于智能車的控制，在控制領(lǐng)域，單片機(jī)由于在體積、功耗以及效能方面的巨大優(yōu)勢無疑是一個(gè)非常好的選擇，因此本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制的方法。而在手勢動(dòng)作的識(shí)別問題方面，如若直接通過影像識(shí)別，牽扯的技術(shù)將會(huì)非常復(fù)雜，為了簡化難度以及成本，本設(shè)計(jì)制作了專門的手套，以此來作為識(shí)別以及傳遞手勢信息的手段。在手套的手掌部位安裝有陀螺儀、單片機(jī)以及藍(lán)牙模塊。其中陀螺儀用于檢測手勢動(dòng)作信息，單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)陀螺儀信息的接收以及控制藍(lán)牙模塊發(fā)送信息。為了進(jìn)一步簡化車體，本設(shè)計(jì)不再采用舵機(jī)，而是采用差速轉(zhuǎn)彎的方法。智能車內(nèi)置有藍(lán)牙接收裝置、單片機(jī)以及傳動(dòng)裝置。其中藍(lán)牙接收裝置負(fù)責(zé)接收手套發(fā)送的信息，單片機(jī)負(fù)責(zé)信息的接收轉(zhuǎn)換以及命令的發(fā)送，傳動(dòng)裝置則負(fù)責(zé)整個(gè)車體的運(yùn)動(dòng)。手套以及車體的整體結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2。

2 硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)：單片機(jī)是該系統(tǒng)的控制核心，其在控制領(lǐng)域是非常重要的存在。并且單片機(jī)在家用電器、網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)備領(lǐng)域以及航空航天領(lǐng)域等等方面都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。由于其體積、功耗、功能等方面的巨大優(yōu)勢，非常適合本設(shè)計(jì)。

陀螺儀：陀螺儀傳感器是一個(gè)簡單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢的定位和控制系統(tǒng)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。利用陀螺儀指示方向，就可以對(duì)軸所指的方向進(jìn)行讀取與傳輸，現(xiàn)代陀螺儀精確度很高，這在現(xiàn)代的航空、航天、航海以及國防工業(yè)的慣性制導(dǎo)方面應(yīng)用非常廣泛。經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)代的陀螺儀結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，并且工作更加可靠，體積也更加趨向于小型化。本設(shè)計(jì)的智能車需要完成在平面上的運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)彎，因此對(duì)于本設(shè)計(jì)中陀螺儀的選取，至少能夠繞2個(gè)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，即至少為二自由度陀螺儀?；诖?，本設(shè)計(jì)選取的為GY-521三維角度傳感器。其內(nèi)部設(shè)置有MPU6050芯片模塊，該芯片采用標(biāo)準(zhǔn)IIC通信協(xié)議，所以其使用的信號(hào)線只有SCL信號(hào)線以及SDA時(shí)鐘線兩個(gè)，并且該種通信方式具有自動(dòng)尋址以及仲裁等功能。

藍(lán)牙：藍(lán)牙是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的短距離數(shù)據(jù)交換。藍(lán)牙的適用范圍非常廣，尤其是在藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛。本設(shè)計(jì)采用的藍(lán)牙模塊為HC-05。該模塊在空曠地帶有效傳輸距離10m，超過10m，連接的質(zhì)量就難以保證了。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：本設(shè)計(jì)應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)為L298N。供電范圍為7V到35V，通過PWM調(diào)速就可以很輕松的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也就控制了智能車的運(yùn)動(dòng)速度。本設(shè)計(jì)的車身采用的是差速轉(zhuǎn)彎的方式，即兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)的運(yùn)動(dòng)輪與一個(gè)萬向輪組成，該種方式結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，并且成本低廉，轉(zhuǎn)彎的方向以及角度完全由兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，甚至可以原地轉(zhuǎn)彎，很適合該設(shè)計(jì)。L298N模塊可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，因此，本設(shè)計(jì)只需要一個(gè)就可以完成預(yù)設(shè)目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能為根據(jù)手勢的變化來控制智能車的前進(jìn)、后退以及轉(zhuǎn)彎。本設(shè)計(jì)要解決的第一個(gè)問題為手勢動(dòng)作的識(shí)別問題。本設(shè)計(jì)利用的陀螺儀，其采用IIC總線通信方式，本設(shè)計(jì)利用的單片機(jī)的型號(hào)為STC89C51，其沒有IIC接口，因此只能通過普通的I/O口模擬IIC接口。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC通信由4個(gè)部分組成：開始信號(hào)、從機(jī)地址輸出、數(shù)據(jù)輸出、停止信號(hào)。只要控制程序正確，51單片機(jī)就可以通過使用引腳模擬IIC時(shí)序，完成IIC通信的四個(gè)時(shí)序部分，達(dá)到IIC通信的目的。本設(shè)計(jì)要解決的下一個(gè)問題為手勢動(dòng)作信息的傳遞與接收，這個(gè)過程由藍(lán)牙模塊解決。最后要解決的問題為智能車運(yùn)動(dòng)的控制問題，本設(shè)計(jì)利用的是L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，其利用的很重要的技術(shù)為PWM技術(shù)，即脈沖寬度調(diào)試。每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖的寬度或占空比就可以調(diào)壓。如今絕大部分的單片機(jī)都有PWM模塊功能，本設(shè)計(jì)所使用的51單片機(jī)也有，只要通過中斷程序的設(shè)定，就可以完成任意的輸出電壓控制。通過這些問題的解決，本設(shè)計(jì)就能順利的完成各項(xiàng)功能。本設(shè)計(jì)中手掌與地面持平，當(dāng)手掌繞手腕左轉(zhuǎn)的時(shí)候，智能車左轉(zhuǎn)，當(dāng)手掌右轉(zhuǎn)的時(shí)候，智能車右轉(zhuǎn)。手掌往前壓低的時(shí)候，智能車前進(jìn)，當(dāng)手掌向后抬高的時(shí)候，智能車后退。具體的流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是結(jié)合了各方面的信息技術(shù)才實(shí)現(xiàn)功能的，通過各項(xiàng)技術(shù)的柔和，相信本設(shè)計(jì)還會(huì)有更深層次的提升。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是手勢控制智能車，但是本設(shè)計(jì)所利用的方法技術(shù)絕對(duì)不僅限于此，例如對(duì)于一些危險(xiǎn)的場合，完全可以利用本設(shè)計(jì)的思想制作出專門的器械，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控、手勢控制的方式，在保證人員安全的情況下，依然能夠順利的完成預(yù)定目標(biāo)。對(duì)于一些密閉且不能隨意打開的空間，預(yù)先放置一個(gè)類似的器械以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況也是一個(gè)很好的選擇，相信該設(shè)計(jì)的思想一定能在未來的工業(yè)生產(chǎn)以及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)得到進(jìn)一步的發(fā)展。