摘要：“Wave”家電控制指環(以下簡稱“Wave”)對傳統家電控制方法進行了改進，提出了一種基于可穿戴設備和體感的通用家電控制方法和設備。“Wave”分為體感設備和家電控制模塊兩個部分。體感部分被設計為一個指環形的可穿戴設備，側面為選擇設備用的觸摸板。它通過內置的加速度傳感器收集用戶手勢的加速度信息并識別動作類型，識別出動作類型后，將動作編號和設備編號通過BLE(低功耗藍牙)發送給家電控制模塊。“Wave”家電控制模塊收到設備類型和動作類型后，發送預先學習的對應紅外信號，從而控制家電操作。

引言

　　智能家庭這一概念正在逐步發展并被市場接受。我們認為其終極形式在于所有家電的基于開放接口的互聯互通，但基于目前的市場情況來看，各個家電廠商在開放接口方面表現的十分不積極。在這種環境下，一個通用的家電控制平臺無疑是很有市場前景的。尤其是結合了體感手勢控制技術以后，“Wave”家電控制指環將提供更加自然的用戶體驗，更容易被市場所接受。

1 系統設計

　　“Wave”家電控制指環的主題最初確定為“通用手勢家電控制設備”。考慮到基于視覺的控制技術有其固有缺陷，如：1與被控對象緊密綁定;2受距離、遮擋等光學限制較大。本系統使用基于MEMS傳感器的可穿戴計算解決方案。本系統的一個技術難點是如何確定當前要控制的是哪個家電，我們選擇了基于觸摸的方式：將指環側面做成一體式的電容觸摸板，同時安置數個LED指示當前選擇的設備。

     使用時，將指環(體感部分)戴在大拇指或食指根部，另一手指可自然地搭在指環側面，通過滑動選擇設備。本系統配置完成后的使用流程如下：

　　(1)戴上指環，打開電源;

　　(2)若需要控制家電，則將手指搭在指環側面電容觸摸板上，選擇好設備(為了防止誤觸發，可使用雙擊、滑動手勢等方式作為開始信號)，之后，指環進入手勢檢測模式;

　　(3)用戶用手做出預設8-10種任意一個手勢;

　　(4)家電控制模塊發出手勢動作對應的紅外指令，控制相應的家電。

　　本系統用戶在使用前需要進行紅外學習初始化。

　　紅外學習流程

　　(1)使用基于Android的“Wave紅外小伙伴”軟件通過BLE連接紅外收發模塊(家電控制模塊);

　　(2)在軟件界面上選擇一個設備和一個手勢，點擊“學習”按鈕，紅外收發模塊進入對指定紅外指令的學習狀態;

　　(3)手持被學習的設備遙控器在近距離對紅外收發模塊發出指定紅外信號;

　　(4)紅外學習成功，軟件界面上顯示“學習成功”。本系統的使用示意圖1。

2 硬件及實現

　　本系統分兩個主要子系統：指環子系統(體感部分)、紅外學習/發射子系統(家電控制模塊)。指環子系統包括STM32單片機、觸摸模塊、運動傳感器、藍牙模塊和電源部分。紅外學習/發射子系統包括STM32單片機、紅外發射與接收頭、藍牙模塊和電源部分。這兩個子系統以STM32單片機為核心處理器，各有一個藍牙模塊，實現相互通信。作品外觀如圖2和圖3所示。它們各自的結構框圖如圖4所示。

2.1 主控單片機

　　為滿足作品需要，兼顧功耗、性能與體積要求，我們選用了STM32F103C8單片機。它具有72MHz的主頻，能夠滿足手勢檢測識別算法的需要;內置Flash可作為存儲使用，不需要外掛存儲器。同時功耗遠低于ARM Cortex A8，A9系列的處理器。在指環子系統中，單片機的主要功能是實現手勢識別算法，接收觸摸模塊的設備選擇指令，通過藍牙模塊發送動作編號和設備編號給紅外學習/發射子系統。在紅外學習/發射子系統中，單片機接收到動作編號和設備編號后，發射相應設備的相應紅外控制信號，以實現家電控制。

2.2 觸摸模塊

　　電容式觸摸按鍵作為系統的輸入，與用戶進行交互。采用TI公司的MSP430微處理器來設計RC型電容單觸式傳感器。觸摸按鍵部分由一個滑條(實際為銅箔)構成，滑條上有三個電容傳感器，每個傳感器旁設置了一個LED指示燈。用戶可以通過點擊傳感器或者滑動滑條，輸入已設定的指令。電容式觸摸按鍵電路板如圖5所示。

2.3 運動傳感器

　　運動傳感器進行手勢檢測。MPU-9150是一種常用的9軸MEMS慣性傳感器。它在智能手機、可穿戴設備等有低功耗、低成本、高性能要求的消費性電子產品設備上已經廣泛使用。它包含三軸加速度計、三軸陀螺儀以及三軸地磁計。