摘 要：交流是日常生活中不可或缺的活動(dòng)，但是對(duì)于聾啞人士而言，生理缺陷使他們無法輕松自如地與他人進(jìn)行交流，這無疑給他們的日常生活帶來了諸多不便。鑒于此，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一款基于STM32單片機(jī)的智能手套，該手套能夠處理多樣化的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)手語翻譯。該手套借助STM32F103單片機(jī)能夠同時(shí)處理10個(gè)彎曲傳感器和2個(gè)陀螺儀所采集到的感知數(shù)據(jù)，然后通過藍(lán)牙將這些數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手語翻譯的語音輸出和記錄。文中首先介紹了該智能手套的硬件開發(fā)過程，詳細(xì)分析了手指姿態(tài)采集模塊、手掌姿態(tài)采集模塊以及控制模塊的工作原理；接著，介紹了藍(lán)牙通信模塊及手機(jī)APP等軟件設(shè)計(jì)原理；最后，對(duì)該手套進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，該智能手套能夠準(zhǔn)確識(shí)別7種日常生活中常用的基礎(chǔ)手語姿勢(shì)，并具備漢語與英語的語音輸出功能，同時(shí)還提供了歷史記錄查詢的功能。該手套能夠幫助聾啞人士擺脫交流困境，為他們提供了一個(gè)高效、便捷的溝通工具，極大地促進(jìn)了聾啞人士與他人之間的交流與理解。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；陀螺儀；彎曲傳感器；藍(lán)牙；手語翻譯；語音輸出

中圖分類號(hào)：TP39；TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）05-0-06

0 引 言

據(jù)殘聯(lián)統(tǒng)計(jì)，目前我國的聽力殘疾人高達(dá)2 780萬人，言語殘疾人數(shù)約130萬人[1]，這一群體約占我國殘疾人總數(shù)的30%。由于他們特殊的生理特點(diǎn)，在工作、學(xué)習(xí)、娛樂及就醫(yī)等生活基礎(chǔ)領(lǐng)域都面對(duì)著極大的困難和挑戰(zhàn)。

聾啞人士通常使用手語進(jìn)行溝通。然而，手語作為一種獨(dú)特語言，大多數(shù)健全人由于時(shí)間和能力等限制，無法系統(tǒng)地學(xué)習(xí)手語，導(dǎo)致聾啞人士與外界的溝通仍然存在難以逾越的鴻溝。

為了打破這一溝通壁壘，本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)手語翻譯的傳感手套。該手套可以將聾啞人士的手語手勢(shì)轉(zhuǎn)換成文字和語音，以供健全人士進(jìn)行閱讀，實(shí)現(xiàn)了聾啞人士與健聽人士之間的無縫溝通，極大地提高了聽障人士的社會(huì)參與度。此外，該手套還增設(shè)了記錄功能，能夠更好地保障殘障人士的權(quán)益。

手勢(shì)識(shí)別技術(shù)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛研究和應(yīng)用，一般使用硬件設(shè)備作為輔助，分為可穿戴式和非可穿戴式。非可穿戴設(shè)備需要構(gòu)造一個(gè)特定的空間并在這個(gè)空間中對(duì)人員手部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，在現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用場(chǎng)景中穩(wěn)定性較低，靈活性較差，具有一定的局限性?？纱┐髟O(shè)備則是通過便攜器件來采集手部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)際應(yīng)用中更為穩(wěn)定，且使用者可以自由移動(dòng)。文獻(xiàn)[2]介紹了一款專為運(yùn)動(dòng)捕捉與動(dòng)畫制作領(lǐng)域設(shè)計(jì)的智能手套，該手套因其易用性和佩戴舒適度而廣受專業(yè)人士青睞。它擁有寬廣的動(dòng)作驅(qū)動(dòng)范圍及高精度數(shù)據(jù)采集能力，顯著提升了工作效率與質(zhì)量。文獻(xiàn)[3]開發(fā)了一款名為Gesture Wrist的設(shè)備，該設(shè)備佩戴在手腕上可識(shí)別手部和前臂的運(yùn)動(dòng)，具有方便攜帶的優(yōu)點(diǎn)。然而，以上兩款產(chǎn)品均采用了靈敏度很高的光纖傳感器，該傳感器售價(jià)太過高昂，一般僅用于科研用途少量采購（如頭部品牌Cyberglove、5DT等），而非面向廣泛的民用市場(chǎng)。近年來，我國在手勢(shì)識(shí)別技術(shù)方面的研究取得了重大進(jìn)步。例如，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研究了一種基于“大小手”的手勢(shì)實(shí)時(shí)識(shí)別算法[4]，基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)捕捉圖像，采用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整的識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)了較好實(shí)時(shí)性的同時(shí)，使識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上。文獻(xiàn)[5]提出了基于3D手臂模型的手勢(shì)模型與基于表觀的手勢(shì)模型，對(duì)基于運(yùn)動(dòng)圖像表觀模型的平移、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行聚類，抽取人手在圖像平面的運(yùn)動(dòng)軌跡，開發(fā)了一個(gè)能對(duì)12種手勢(shì)進(jìn)行在線識(shí)別的系統(tǒng)。此外，西南民族大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)先通過攝像頭獲取RGB原始圖像[6]，再基于深度學(xué)習(xí)進(jìn)行手勢(shì)分割，并在此基礎(chǔ)上分析手勢(shì)特征，最后通過識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別。然而，以上這些基于計(jì)算機(jī)視覺與人工智能的翻譯系統(tǒng)，雖然達(dá)到了較高的識(shí)別率與精確度，但是成本較高，其中精細(xì)復(fù)雜的傳感器需要大量費(fèi)用，無法惠及難以承擔(dān)高昂費(fèi)用的聾啞人群體且難以進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用。此外，這些系統(tǒng)還包含難以攜帶的復(fù)雜設(shè)備，例如捕捉圖像的手勢(shì)攝像頭等，無法讓聾啞人隨身攜帶，難以真正應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)的聾啞人溝通之中。

為此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款成本較低且適用于生活中簡(jiǎn)單交流的手語翻譯手套。該手套采用STM32F103單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集與處理核心，盡管這在一定程度上限制了可識(shí)別手語的數(shù)量，但它在確保滿足日?；窘涣餍枨蟮耐瑫r(shí)，極大地優(yōu)化了設(shè)備的體積，使其能夠作為手套的一部分被輕松佩戴。此外，使用手機(jī)作為輸出設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)文字顯示與語音輸出，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。這一設(shè)計(jì)不僅為聾啞人士的日常溝通提供了便利，更在關(guān)鍵時(shí)刻為他們提供了可靠的交流保障。

1 手套的主體架構(gòu)

本手套由3個(gè)核心部分組成：第一部分為數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)手勢(shì)數(shù)據(jù)的采集和處理：第二部分為藍(lán)牙通信模塊，基于HC-05藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)手勢(shì)信息的傳輸；第三部分為手機(jī)APP部分，用于實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的語音輸出和記錄。該手套的主體架構(gòu)如圖1所示。

手指姿態(tài)的采集依賴于彎曲傳感器，該傳感器負(fù)責(zé)采集手指彎曲程度的數(shù)據(jù)；手掌姿態(tài)的采集主要通過MPU6050陀螺儀完成，它能夠采集手掌姿態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)；控制模塊的主體是STM32F103單片機(jī)，它負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，并與標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，一旦比對(duì)成功，STM32F103會(huì)利用HC-05藍(lán)牙模塊將符合的手勢(shì)信息傳輸?shù)绞謾C(jī)端的APP進(jìn)行語音輸出和文字顯示。同時(shí)，手機(jī)端APP還具備數(shù)據(jù)記錄的功能。

2 感知數(shù)據(jù)的采集

本手套的感知數(shù)據(jù)采集主要由STM32控制模塊、手指姿態(tài)采集模塊、手掌姿態(tài)采集模塊實(shí)現(xiàn)。圖2所示為各傳感器及控制模塊的位置示意圖。10個(gè)彎曲傳感器分別安置在兩只手套的手指部位，它們負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)手指的彎曲狀態(tài)，從而精確捕捉手指的姿態(tài)信息。2個(gè)MPU6050傳感器分別安置在手套的背面，用以收集手掌姿態(tài)的信息。最后，由STM32單片機(jī)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集流程進(jìn)行統(tǒng)一控制，高效地收集并處理這些來自傳感器的數(shù)據(jù)。

2.1 手指姿態(tài)采集模塊

手指姿態(tài)采集模塊選用彎曲傳感器。當(dāng)彎曲傳感器發(fā)生彎曲形變時(shí)，傳感器內(nèi)部的導(dǎo)通電阻會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。

本手套選用超薄記憶柔韌傳感器Flex2.2單向彎曲傳感器。在無彎曲形變的狀態(tài)下，該傳感器的導(dǎo)通電阻的阻值為25 kΩ，而隨著彎曲程度的加深，電阻值會(huì)在10～125 kΩ的范圍內(nèi)逐漸增加。該傳感器能夠承受0° ～180°的彎曲，非常適合精確捕捉聾啞人手指的彎曲動(dòng)作。

彎曲傳感器輸出的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過一個(gè)電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)由STM32F103單片機(jī)接收。在單片機(jī)上設(shè)置5個(gè)ADC規(guī)則通道，ADC通道0～4分別對(duì)應(yīng)大拇指、食指、中指、無名指、小指的彎曲度測(cè)量值。用單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以得到手指的彎曲程度，通過PC端的串口調(diào)試助手讀出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的不同彎曲程度的數(shù)值，并對(duì)其進(jìn)行量化和判斷處理，最終獲得精確的手指彎曲數(shù)據(jù)。

2.2 手掌姿態(tài)采集模塊

智能手套的手掌姿態(tài)采集模塊采用MPU6050姿態(tài)傳感器。該傳感器作為一款集成了數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器的傳感器，專門用于收集手掌姿態(tài)的感知數(shù)據(jù)，能夠精確檢測(cè)回轉(zhuǎn)體在相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或兩個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)，從而準(zhǔn)確捕捉手掌及手指在不同方向上的加速度以及旋轉(zhuǎn)角度。最后，利用I2C接口將數(shù)據(jù)從MPU6050傳感器傳送至STM32F103單片機(jī)。

MPU6050傳感器成功地解決了合并陀螺儀和加速度計(jì)時(shí)的軸時(shí)差問題，極大地縮小了需要的封裝空間。同時(shí)，它也支持官方的MPU DMP解算庫，能以四元數(shù)和歐拉角的格式直接輸出數(shù)據(jù)。

2.3 控制模塊

控制模塊以STM32F103為核心，該芯片集成了3個(gè)通用的16位定時(shí)器，可用于設(shè)置時(shí)間；集成了2個(gè)12位的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），可進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換[7]。以STM32F103為核心的控制模塊負(fù)責(zé)接收手指姿態(tài)采集模塊與手掌姿態(tài)采集模塊所采集的數(shù)據(jù)。彎曲傳感器采用電阻分壓的方法，輸出模擬電壓信號(hào)，通過ADC模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入并存儲(chǔ)在寄存器中。MPU6050姿態(tài)傳感器同時(shí)支持I2C通信協(xié)議與UART串口協(xié)議，可以通過簡(jiǎn)單的串口通信讀取歐拉角信息，也可以通過I2C接口讀取加速度與角速度的原始數(shù)據(jù)。

在采用異步接收器/發(fā)射器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART）進(jìn)行通信時(shí)，僅需2根信號(hào)線即可完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。其傳輸數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

STM32與姿態(tài)傳感器采用圖3所示的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)了波特率的統(tǒng)一，可順利地將歐拉角信息傳入寄存器當(dāng)中。

I2C串行通信總線遵循半雙工通信協(xié)議，由時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線組成，使用多主從架構(gòu)，其數(shù)據(jù)格式如圖4所示。此通信協(xié)議利用2條線路，實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)從機(jī)的輸入控制及數(shù)據(jù)讀取，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在此場(chǎng)景中，設(shè)定控制模塊為主機(jī)，2個(gè)姿態(tài)傳感器為從機(jī)，控制模塊可以直接訪問并讀取姿態(tài)傳感器寄存器中的數(shù)據(jù)。

3 感知數(shù)據(jù)處理

感知數(shù)據(jù)的處理與輸出流程如圖5所示。首先開啟手套以獲取傳感器數(shù)據(jù)。隨后，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以判斷手勢(shì)，如果手勢(shì)與數(shù)據(jù)相符，則輸出手勢(shì)；否則繼續(xù)獲取傳感器數(shù)據(jù)。

3.1 彎曲傳感器數(shù)據(jù)的處理

3.2 陀螺儀數(shù)據(jù)的處理

根據(jù)圖2中標(biāo)識(shí)出的MPU6050模塊的軸向，當(dāng)模塊片表面朝向觀察者，表面文字處于閱讀的正確角度時(shí)，水平向右的為x軸、豎直向前為y軸、垂直模塊向上為z軸。角速度旋轉(zhuǎn)的方向按右手法則定義，即右手大拇指方向?yàn)檩S向，四指彎曲的方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的正方向。一般將繞x軸旋轉(zhuǎn)方向的角度稱為滾轉(zhuǎn)角Roll，繞y軸旋轉(zhuǎn)方向的角度稱為俯仰角Pitch，繞z軸旋轉(zhuǎn)方向的角度稱為偏航角Yaw，三者合稱歐拉角/姿態(tài)角。

MPU6050傳感器通過對(duì)陀螺儀測(cè)量到的角速度進(jìn)行積分運(yùn)算來得到三軸姿態(tài)角。MPU6050使用卡爾曼濾波進(jìn)行姿態(tài)角計(jì)算，通過準(zhǔn)確的角速度信息來計(jì)算姿態(tài)，利用準(zhǔn)確測(cè)量的加速度信息進(jìn)行角度偏移計(jì)算：

3.3 數(shù)據(jù)輸出

本手套由MPU6050陀螺儀和彎曲傳感器采集數(shù)據(jù)，每次采集22個(gè)數(shù)據(jù)，左右手各11個(gè)數(shù)據(jù)，在STM32F103單片機(jī)上利用MPU6050陀螺儀和彎曲傳感器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法編寫，同時(shí)將電腦作為上位機(jī)，利用串口助手進(jìn)行第一步輸出，并不斷進(jìn)行調(diào)試，以提高精度。

由于部分手勢(shì)需要兩只手同時(shí)運(yùn)動(dòng)，所以識(shí)別的難度較高，為此通過同時(shí)計(jì)算多組傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“有手形變化的手勢(shì)”的識(shí)別。

以右手為例，當(dāng)前STM32F103單片機(jī)獲取11個(gè)感知數(shù)據(jù)后，將其存入一個(gè)6行1列的數(shù)組中，填滿數(shù)組第1行，第2輪循環(huán)所獲取數(shù)據(jù)填滿數(shù)組第2行，如此往復(fù)6次循環(huán)直至填滿數(shù)組。第7次循環(huán)所得數(shù)據(jù)代替第1次循環(huán)數(shù)據(jù)填滿數(shù)組第1行，如此往復(fù)，不斷用新采集的數(shù)據(jù)更新數(shù)組，從而實(shí)現(xiàn)多組傳感器數(shù)據(jù)的同時(shí)計(jì)算。

4 藍(lán)牙通信模塊

本手套采用藍(lán)牙通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，具體開發(fā)中選用了HC-05藍(lán)牙模塊。

4.1 HC-05藍(lán)牙模塊簡(jiǎn)介

HC-05藍(lán)牙模塊采用主-從整合設(shè)計(jì)，可輕松連接至上位機(jī)，或與另一個(gè)藍(lán)牙模塊建立通信。在本手套系統(tǒng)中，該模塊主要負(fù)責(zé)將手指彎曲數(shù)據(jù)以及6軸姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。

HC-05藍(lán)牙模塊有兩種工作模式，分別是命令響應(yīng)工作模式和自動(dòng)連接工作模式[9]。當(dāng)模塊處于命令響應(yīng)工作模式時(shí)，能執(zhí)行所有AT命令，并且允許用戶向模塊發(fā)送各種AT指令，為模塊設(shè)定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令；當(dāng)模塊處于自動(dòng)連接工作模式時(shí)，可自動(dòng)根據(jù)事先設(shè)定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.2 HC-05藍(lán)牙模塊應(yīng)用

本項(xiàng)目選擇用命令響應(yīng)工作模式。

（1）初始化藍(lán)牙模塊

首先進(jìn)入命令響應(yīng)工作模式，PIO11置高電平后，再給模塊上電，此時(shí)模塊進(jìn)入AT模式，波特率固定為38 400，可以直接發(fā)送AT指令[10]。本項(xiàng)目通過AT指令對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化。

（2）藍(lán)牙模塊與STM32F103單片機(jī)連接

連接STM32F103與HC-05藍(lán)牙模塊的4個(gè)引腳（PC4—EN、PA4—STATE、VCC 5 V—VCC、GND—GND）[11]。藍(lán)牙模塊通過AT指令配置藍(lán)牙模塊參數(shù)。

（3）HC-05藍(lán)牙模塊與手機(jī)通信

通過使用手機(jī)藍(lán)牙調(diào)試助手APP與HC-05進(jìn)行連接，當(dāng)HC-05由快閃變成每隔2 s雙閃時(shí)，則表示藍(lán)牙模塊與手機(jī)成功連接。隨后，該部分實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙和單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。最后該部分通過程序編寫數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)手機(jī)接收控制模塊上傳的數(shù)據(jù)，在這里配置的通信協(xié)議是：包頭（0xA5）+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位+包尾（0x5A）。

配置數(shù)據(jù)包的格式設(shè)置規(guī)則如下：

（1）起始字節(jié)：0xA5；

（2）原始數(shù)據(jù)；

（3）校驗(yàn)和（原始數(shù)據(jù)所有字節(jié)之和，再取低8 bit的數(shù)據(jù)）；

（4）結(jié)束字節(jié)：0x5A。

5 APP開發(fā)

本項(xiàng)目采用APP Android Studio進(jìn)行手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)。相較于其他開發(fā)軟件，Android Studio具備穩(wěn)定性強(qiáng)、速度快的優(yōu)點(diǎn)，并且其內(nèi)置了功能強(qiáng)大的UI編輯器以及一套完善的插件管理系統(tǒng)，極大地提升了開發(fā)效率和用戶體驗(yàn)。圖6所示為本文所開發(fā)APP的運(yùn)行流程。圖7所示為APP與智能手套的數(shù)據(jù)傳輸過程。

首先在安卓手機(jī)上下載藍(lán)牙串口助手，將手機(jī)與藍(lán)牙相連接，從而實(shí)現(xiàn)STM32單片機(jī)與手機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過Android Studio精心編寫應(yīng)用程序，該程序具備以下功能：能夠進(jìn)行文字展示，支持中英文雙語語音輸出，并且提供男聲和女聲兩種語音輸出選項(xiàng)，還允許用戶查看歷史翻譯記錄。

6 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證本智能手套的各項(xiàng)功能，制作了測(cè)試用的智能手套，其實(shí)物圖如圖8所示。

STM32F103單片機(jī)收集整理彎曲傳感器和陀螺儀采集到的信息，與預(yù)設(shè)的手勢(shì)信息進(jìn)行判斷比對(duì)。對(duì)比完成后，利用HC-05藍(lán)牙模塊發(fā)送具體的手勢(shì)信息到手機(jī)端的APP，在完成音色以及漢/英語輸出方式選擇后，進(jìn)行語音輸出、文字顯示和數(shù)據(jù)記錄。

6.1 “位置”手勢(shì)的測(cè)試

為測(cè)試本手套的性能，對(duì)“位置”手勢(shì)的識(shí)別效果進(jìn)行測(cè)試。圖9所示為“位置”手勢(shì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試照片，該手勢(shì)能夠被準(zhǔn)確識(shí)別并在手機(jī)上正確顯示。

6.2 “你”手勢(shì)的測(cè)試

對(duì)“你”手勢(shì)的識(shí)別效果進(jìn)行測(cè)試。圖10所示為“你”手勢(shì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試照片，該手勢(shì)同樣能被準(zhǔn)確識(shí)別并在手機(jī)上正確顯示。

6.3 手套的識(shí)別準(zhǔn)確率

為了更準(zhǔn)確地評(píng)估本手套的性能，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本手套的識(shí)別準(zhǔn)確率穩(wěn)定保持在83.3%以上。具體測(cè)試結(jié)果見表1。

7 結(jié) 語

本文開發(fā)了一款基于STM32單片機(jī)、MPU6050陀螺儀和彎曲傳感器的智能手語翻譯手套。該手套以STM32單片機(jī)作為上位機(jī)，通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)與手機(jī)端的通信，并將手機(jī)端作為手語翻譯的輸出端。鑒于手語表達(dá)通常需要雙手協(xié)同，本手套通過采用單一STM32設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了更低的時(shí)延、更小的動(dòng)作采集誤差、更低的成本，并且成功實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)動(dòng)作的同步識(shí)別。本手套的開發(fā)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、藍(lán)牙傳輸和APP開發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)一般智能手套在兩只手同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)識(shí)別準(zhǔn)確率不高的難題，本文在數(shù)據(jù)處理階段創(chuàng)新性地引入了循環(huán)法，有效提升了識(shí)別性能。測(cè)試結(jié)果表明，本手語翻譯手套展現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，識(shí)別精度超過83.3%，循環(huán)法顯著提高了雙手同步運(yùn)動(dòng)的識(shí)別率。

本文主要分析了STM32作為上位機(jī)的數(shù)據(jù)處理問題和藍(lán)牙傳輸問題，但仍有很多需要改善的地方。例如：目前STM32單片機(jī)的算力有限，只能處理小部分的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致可翻譯的手語手勢(shì)有限，不能完全滿足日常交流的需要。由于算法問題，手勢(shì)識(shí)別略有延遲，需進(jìn)一步優(yōu)化。在數(shù)據(jù)采集階段，完整的數(shù)據(jù)更有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，但本次實(shí)驗(yàn)只選用了陀螺儀和彎曲傳感器，并未利用其他信息。另外，由于數(shù)據(jù)處理更新時(shí)間固定，而個(gè)人手勢(shì)速度存在差異，本實(shí)驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整，影響了識(shí)別的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國殘疾人聯(lián)合會(huì). 2010年末全國殘疾人總數(shù)及各類、不同殘疾等級(jí)人數(shù)[EB/OL]. [2021-02-20]. https：//www.cdpfPFC.org.cnc/zwgkzwieback/zccx/cjrgk/15e9ac67d7124f3fbe2a4a23b7c739aa.htmHTML.

[2] 張志純，楊曉文，況立群，等.基于Virtools和5DT數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)仿真研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（4）：140-144.

[3] REKIMOTO J. GestureWrist and GesturePad： unobtrusive wearable interaction devices [C]// Proceedings Fifth International Symposium on Wearable Computers. Zurich， Switzerland： IEEE， 2001： 21-27.

[4] 滕達(dá)，楊壽保，劉巖，等.基于“大小手”的徒手手勢(shì)實(shí)時(shí)識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006，26（9）：2041-2043.

[5] 任海兵，祝遠(yuǎn)新，徐光，等.基于視覺手勢(shì)識(shí)別的研究—綜述[J].電子學(xué)報(bào)，2000，28（2）：118-121.

[6] 陳雅茜，歐長(zhǎng)坤，郭曌陽.基于單目視覺和簡(jiǎn)單手勢(shì)的空間交互技術(shù)[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，40（6）：871-876.

[7] 吳宸宸，陳清華.基于STM32和彎曲傳感器的聾啞人交流裝置[J].信息技術(shù)與信息化，2021，46（6）：247-250.

[8] 張肖寧，毛曉波，陳婉杰，等. 便攜式智能手語翻譯系統(tǒng) [J]. 電子設(shè)計(jì)工程，2016，24 （7）：160-163.

[9] 刑子揚(yáng). 基于手機(jī)APP的無線自動(dòng)奶茶機(jī)[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019，23（6）：68-69.

[10] 宗子力. 基于手機(jī)藍(lán)牙控制的智能電風(fēng)扇[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2014，21（13）： 163-165.

[11] 張泳鋼，王駿，羅杰俊，等. 智能滅火小車[C]// 2022年川渝大學(xué)生“數(shù)智”作品設(shè)計(jì)應(yīng)用技能大賽暨第八屆四川省大學(xué)生智能硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用大賽會(huì)議論文集. 成都：[出版者不詳]，2022：229-234.