智能的交警手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案智能交警手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)1 .作品介紹1.1 作品概述：本產(chǎn)品采用先進(jìn)的動(dòng)作識(shí)別技術(shù)提供手勢(shì)識(shí)別方案，解決交警實(shí)際指揮中的重要問題。具有識(shí)別可靠性高、速度快、可讀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在惡劣天氣或夜間可以起到增加可視距離、保證交警執(zhí)法安全等作用。1.2 系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)框圖：精彩文檔信號(hào)調(diào)1傳感器模錠MXR950O處理模塊ATMegal28顯示模塊功能擴(kuò)展總線聲音模塊.接收模塊nRF24El其他模塊手持電路部分接收電路部分?jǐn)U展電路部分圖一（系統(tǒng)框圖）1.2.1 手持端（信號(hào)采集模塊）采用MXR9500采集手部揮動(dòng)所產(chǎn)生的加速度，加速度相應(yīng)的模擬量通過nRF24E1內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量，并

2、使用nRF24E1內(nèi)部的2401模塊通過2.4G無(wú)線頻段發(fā)射出去。由于MXR9500產(chǎn)生的電壓范圍超出了nRF24E1上ADC的參考電壓，所以采用電阻分壓來(lái)降低電壓，隨之而來(lái)的誤差將在識(shí)別算法中被修正。手持端采用鋰電池供電，電源管理相對(duì)簡(jiǎn)單。過流保護(hù)板與鋰電池電壓轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成穩(wěn)定電源，再配以相應(yīng)電容就得到芯片與傳感器的電源。充電使用通用充電器直接連接保護(hù)電路即可，同時(shí)電壓轉(zhuǎn)換芯片將保護(hù)系統(tǒng)芯片不受充電電流影響。圖二（手持端示意圖）nRF24E1發(fā)射信號(hào)可設(shè)置發(fā)射頻率，并可設(shè)置地址碼，同時(shí)其內(nèi)部有CRC校驗(yàn)功能，這樣使用同一信道的信號(hào)也不會(huì)錯(cuò)誤接收。本系統(tǒng)使用兩個(gè)nRF24E1同時(shí)在不同的頻段發(fā)

3、射信號(hào)，并通過一個(gè)nRF24E1來(lái)輪詢接收。對(duì)于本系統(tǒng)，nRF24E1的信道切換速度足夠識(shí)別需求。1.2.2 主機(jī)（核心處理模塊）采用nRF24E1接收手持端傳來(lái)的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理通過串口發(fā)送至ATmega128微處理器。微處理器將傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行軟件算法濾波之后進(jìn)行識(shí)別處理，并對(duì)識(shí)別數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，最終得出識(shí)別結(jié)果，通過IO口傳遞給掛載在一條總線上的下一級(jí)芯片。下一級(jí)芯片可以是：聲音芯片、車載顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片、佩戴式顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片或者其他功能擴(kuò)展模塊（如溫度、噪聲、GPRS模塊等）。識(shí)別過程中需要處理的數(shù)據(jù)是加速度在時(shí)域中的變化值。手部動(dòng)作雖然具有規(guī)律，但所產(chǎn)生的加速度值會(huì)與揮

4、動(dòng)速度、揮動(dòng)力度有關(guān)系。同一個(gè)動(dòng)作可能存在著多種路徑，所以在識(shí)別的時(shí)候需要考慮這些不確定因素。濾波采用簡(jiǎn)潔高效的時(shí)域?yàn)V波法，將時(shí)域中一定時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均得出較平滑的波形。之后對(duì)波形進(jìn)行采樣提取特征值，和數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的特征值進(jìn)行對(duì)比，最終即可識(shí)別出動(dòng)作名稱。1.2.3 擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊包括：車載顯示屏驅(qū)動(dòng)模塊；佩戴式顯示屏驅(qū)動(dòng)模塊；聲音驅(qū)動(dòng)模塊；溫度或噪聲采集模塊以及其他擴(kuò)展模塊。1.2.3.1 車載顯示屏驅(qū)動(dòng)模塊采用ATMega16實(shí)現(xiàn)，將顯示屏內(nèi)容通過IO串行送入車載LED顯示屏，并同時(shí)產(chǎn)生行選信號(hào)。顯示模式為逐行掃描模式1.2.3.2 佩戴式顯示屏模塊采用ATMega8控制，在演示

5、產(chǎn)品中使用市面上可購(gòu)買到的電子胸卡，該胸卡采用串口接收數(shù)據(jù)并顯示。用ATMega8模擬PC串口所發(fā)送的控制數(shù)據(jù)對(duì)電子胸卡進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容。1.2.3.3 聲音驅(qū)動(dòng)模塊采用凌陽(yáng)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過IO口獲取識(shí)別結(jié)果，并使用其內(nèi)部語(yǔ)音模塊驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放聲音。所有擴(kuò)展模塊均通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的IO口接入主控識(shí)別芯片，并可實(shí)現(xiàn)同一模擬總線上同時(shí)掛載多個(gè)模塊。1.3 .開發(fā)流程1.3.1 系統(tǒng)構(gòu)架為了實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別并將結(jié)果顯示在車載屏幕上，所以采用無(wú)線信號(hào)采集解決方案。為使系統(tǒng)可以擴(kuò)展更多功能以便接入未來(lái)立體信息化交通管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分工明確的模塊化結(jié)構(gòu)。整個(gè)構(gòu)架包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)識(shí)別、結(jié)果顯示

6、及擴(kuò)展功能部分。核心為信號(hào)識(shí)別部分，該部分負(fù)責(zé)信號(hào)的識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果通過一條模擬總線發(fā)送給下一級(jí)功能模塊。1.3.2 芯片選型無(wú)線傳輸為本系統(tǒng)的基本框架，選擇低功耗、通用性好的無(wú)線傳輸芯片是選型的主要參考。nRF24E1除了具有2.4G無(wú)線發(fā)射接收模塊，其內(nèi)部還帶有增強(qiáng)型的51控制器，并且有ADC及UART功能模塊。可以直接將傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行無(wú)線傳輸。該芯片在無(wú)線傳輸時(shí)還可進(jìn)行硬件CRCK驗(yàn)，可保證傳輸信號(hào)安全可靠。核心處理模塊選型的主要參考有：處理速度、存儲(chǔ)器容量、通用性。ATmege128具有足夠的識(shí)別運(yùn)算能力，并且具有128K的Flash存儲(chǔ)器，可完整保存識(shí)別對(duì)

7、比數(shù)據(jù)。同時(shí)該芯片所需外圍電路簡(jiǎn)單，通用性好，可大大縮短開發(fā)周期。1.3.3 識(shí)別算法建模首先建立硬件信號(hào)采集環(huán)境，將采集到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC進(jìn)行分析以得出識(shí)別算法。PC端使用Labview獲取串口數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單索引拆分后生成波形圖表。（如下圖）圖三（Labview窗體）Labview通過對(duì)波形分析，發(fā)現(xiàn)同一動(dòng)作所產(chǎn)生的六路波形的包絡(luò)十分相似，但在幅度以及時(shí)域尺度上有所區(qū)別。如果采用波形包絡(luò)進(jìn)行對(duì)比識(shí)別的可行性較大，但這樣會(huì)面臨一個(gè)主要問題：開始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)的確定。因?yàn)閷?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行做差再比較需要對(duì)波形整體進(jìn)行時(shí)域中尺度的調(diào)整才可具有可比性，而且這種識(shí)別方式在ATMega128上實(shí)現(xiàn)會(huì)遇到存儲(chǔ)空間上的問題。x丫x(b>Y(b)圖四（Labview圖表）放棄整體波形識(shí)別模型，從動(dòng)作分解動(dòng)作特征來(lái)尋找解決方案。在每一個(gè)動(dòng)作做出的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)方向以及一個(gè)停止方向。這兩個(gè)量通過實(shí)際波形觀察具有可識(shí)別性，通過六個(gè)軸產(chǎn)生加速度的趨勢(shì)來(lái)獲得這個(gè)量并進(jìn)行編碼，之后按照時(shí)序先后與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比即可得出結(jié)果。以上方案在PC端使用Labview進(jìn)行信號(hào)跟蹤，并人工模擬記錄數(shù)據(jù)，得到驗(yàn)證。并在移植到ATMega128后運(yùn)行正常。核心算法具有創(chuàng)新性，涉