張子健 李邦崴 鄭瀟軒 尹文剛

武警警官學(xué)院 四川 成都610213

引言

21世紀(jì)以來(lái),世界范圍內(nèi)的恐怖活動(dòng)日益猖獗,美國(guó)的“9.11”事件、俄羅斯的別斯蘭人質(zhì)事件和我國(guó)新疆烏魯木齊的“7.5”事件,都給世界的安全穩(wěn)定帶來(lái)了層層陰霾。我國(guó)社會(huì)正處在改革的攻堅(jiān)階段和發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)科技飛速發(fā)展,為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一百年奮斗目標(biāo)和中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng),急需以高壓態(tài)勢(shì)打擊國(guó)內(nèi)恐怖勢(shì)力發(fā)展苗頭,增強(qiáng)國(guó)內(nèi)反恐軍事力量顯得尤為重要。在反恐行動(dòng)中,作戰(zhàn)人員的武器裝備對(duì)作戰(zhàn)的勝利起到了很大的保障作用。在此,基于對(duì)行動(dòng)中復(fù)雜環(huán)境下作戰(zhàn)小組成員之間方便溝通的考慮,設(shè)計(jì)一種戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)遂行多樣化任務(wù)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括主控芯片、語(yǔ)音提示模塊、無(wú)線模塊、手姿態(tài)檢測(cè)模塊、手指彎曲度檢測(cè)模塊、AD 轉(zhuǎn)換模塊等部分組成,構(gòu)成手勢(shì)檢測(cè)裝置、基準(zhǔn)位置檢測(cè)裝置、主控裝置和圖像攝取裝置四部分裝置。指揮員端利用圖像攝取裝置觀察作戰(zhàn)人員所處的位置,進(jìn)行相關(guān)作戰(zhàn)指令的下達(dá)。指揮員首先連接設(shè)備啟動(dòng)電源,根據(jù)作戰(zhàn)需要下達(dá)對(duì)應(yīng)的手勢(shì)動(dòng)作,手勢(shì)檢測(cè)裝置檢測(cè)到系統(tǒng)電壓發(fā)生了變化,將變化信號(hào)發(fā)送給基準(zhǔn)位置檢測(cè)裝置,由基準(zhǔn)位置檢測(cè)裝置發(fā)出對(duì)應(yīng)動(dòng)作的指令控制語(yǔ)音提示模塊,通過(guò)語(yǔ)音提示模塊連接無(wú)線音頻傳輸模塊,由無(wú)線接收模塊接收無(wú)線音頻信號(hào)。組員端通過(guò)佩戴戰(zhàn)術(shù)手語(yǔ)無(wú)線接收耳機(jī)接收指令,進(jìn)行指令的實(shí)施。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

1.1 主控模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用STC15 W408 AS單片機(jī)為主控芯片,該單片機(jī)是STC研制的抗干擾性能較優(yōu)的增強(qiáng)型51單片機(jī),指令與一般的51單片機(jī)完全兼容,但它的運(yùn)行速度卻是后者的8 倍到12 倍,同時(shí)芯片具備較強(qiáng)的抗靜電干擾能力,工作溫度范圍相對(duì)較寬,具有容量大、速度快、保密性強(qiáng)、兼容多的優(yōu)點(diǎn),符合設(shè)計(jì)所需的面對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜多變的實(shí)戰(zhàn)需求。

1.2 語(yǔ)音提示模塊設(shè)計(jì) 考慮聲音的音質(zhì),噪聲等因素,本系統(tǒng)采用MP3-TF-16P模塊提供音頻的錄制和播放功能,該模塊可以通過(guò)串口控制作為任何有串口的單片機(jī)的一個(gè)模塊,集成了MP3、WAV、WMA的硬解碼,同時(shí)軟件支持TF卡驅(qū)動(dòng)。通過(guò)簡(jiǎn)單的串口指令即可完成播放指定的語(yǔ)音,使用方便,穩(wěn)定可靠。電路原理圖如圖2所示。

圖2 語(yǔ)音提示模塊電路原理圖

1.3 無(wú)線模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用KCX_2.4 G001模塊來(lái)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離發(fā)送和接收,該模塊是一款工作于2.4 G ISM頻段的高品質(zhì)立體聲音頻傳輸模塊,傳輸高達(dá)24Bit、48 KSPS的音頻傳輸碼流,采用了自適應(yīng)跳頻、前向糾錯(cuò)、緩沖和重傳等技術(shù)保證無(wú)線傳輸?shù)目煽啃?具有支持1個(gè)發(fā)射多個(gè)接收、無(wú)線傳輸距離≥100米等優(yōu)點(diǎn)。

1.4 手姿態(tài)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用MPU6050模塊完成對(duì)使用者手姿態(tài)的定位,。該模塊可利用自帶的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP:Digital Motion Processor)硬件加速引擎,通過(guò)主IIC接口,向應(yīng)用端輸出姿態(tài)解算后的數(shù)據(jù)。通過(guò)DMP,就可以使用其公司提供的運(yùn)動(dòng)處理資料庫(kù),能非常方便地實(shí)現(xiàn)姿態(tài)解算,降低了運(yùn)動(dòng)處理運(yùn)算對(duì)操作系統(tǒng)的負(fù)荷,同時(shí)也大大降低了設(shè)計(jì)難度。電路原理圖如圖3所示。

圖3 手姿態(tài)檢測(cè)模塊電路原理圖

1.5 手指彎曲度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用Flex2.2 彎曲傳感器完成手指彎曲度的檢測(cè),由可變電阻組成,覆蓋在Flex2.2 彎曲傳感器的表面,不同的彎曲度會(huì)改變傳感器的電阻值,根據(jù)傳感器的阻值變化即可判斷彎曲角度。將它固定在手套的手指部位,檢測(cè)對(duì)應(yīng)的阻值變化,配合模擬輸出,方便將彎曲信息采集并處理,識(shí)別所做的手勢(shì)動(dòng)作。電路原理圖如圖4所示。

圖4 手指彎曲度檢測(cè)模塊電路原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),系統(tǒng)主程序流程圖如圖5 所示。指揮員端,由手指彎曲度檢測(cè)模塊根據(jù)阻值變化范圍判斷具體手勢(shì)動(dòng)作,通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換,將信號(hào)傳遞給語(yǔ)音提示模塊,由語(yǔ)音提示模塊將對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)手勢(shì)語(yǔ)音播報(bào)通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊傳遞給組員端。組員端,通過(guò)無(wú)線接收模塊接收語(yǔ)音播報(bào)信息,收到對(duì)應(yīng)戰(zhàn)術(shù)指令,進(jìn)行指令的實(shí)施。

圖5 主程序流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)遂行多樣化任務(wù)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)是利用傳感器的動(dòng)作采集技術(shù)制成的一種先進(jìn)的戰(zhàn)場(chǎng)指令傳達(dá)裝備。與傳統(tǒng)的手勢(shì)識(shí)別手套不同,戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)遂行多樣化任務(wù)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)是利用手指彎曲傳感器中電阻的變化來(lái)改變電壓信號(hào),使傳感器識(shí)別出具體的手語(yǔ)動(dòng)作,并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)進(jìn)行傳遞。該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有的手勢(shì)識(shí)別手套存在受地形等障礙物影響以及動(dòng)作采集方式過(guò)于繁瑣的技術(shù)問(wèn)題,并可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的指令的同時(shí)下達(dá),大大提高手勢(shì)的識(shí)別精確度和快速傳達(dá)能力,更加符合作戰(zhàn)的實(shí)際需要。