基于磁传感器的手指运动检测识别系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统，其信号采集模块包括小磁体贴片、磁传感器阵列、置位/复位电路；磁体贴片用于贴在手指上，磁传感器阵列由N(N≥10)个磁传感器组成，磁传感器在信号采集器上等间距排列一周；置位/复位电路用于产生置位/复位脉冲。信号处理模块包括模拟开关切换电路、一级放大电路和二级放大滤波电路、模/数转换电路；模拟开关切换电路将由多个磁传感器输入的多路差分电压信号逐路输出到后续电路，多路信号共用一组模拟信号调理电路；一级放大电路、二级放大滤波电路将模拟开关切换电路传送来的微弱信号进行放大和高频滤波；模/数转换电路对经过放大滤波的模拟信号进行模/数转换。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种手指运动检测识别系统，尤其涉及一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统。
技术介绍
随着计算机在各个领域的不断发展，传统的二维平面内的如鼠标键盘的人机交互方式已经不能满足人们的日常需求。近年来兴起的虚拟现实技术和增强现实技术不断推动人机交互技术向前发展，促使我们研究一种更加自然的、以人为本的人机交互方式。手是人体最灵活的器官之一，可以做出大量的动作。而手势作为一种直观的自然语言，具有较强的表达力。因而将手指动作的检测与识别引入人机交互可以给用户带来更加逼真的感受，使用户完全沉浸在虚拟而又真实的环境中，大大增强互动性与娱乐性。当前手指动作检测和识别技术主要有以下方式：数据手套和计算机视觉。数据手套一般采用IMU传感器来直接测量手指关节的角度位置，可以得到可靠的数据，具有无遮挡的优点。不过其在使用前都需要进行校准动作，随着使用时长的增加，会产生较大的误差，且数据手套较为昂贵，用户需要佩戴整套传感设备，使用并不方便。计算机视觉技术则利用一个或多个摄像机拍摄手部运动的图像，而后交由计算机进行图像处理识别，具有无需穿戴，精度高的优点。不过，由于手部运动必须限制在摄像机拍摄范围内，不能进行较大的动作，且存在遮挡的问题。
技术实现思路
为了解决以上问题本技术提供了一种基于磁传感器的，能够检测与识别手指运动的系统，该系统具有成本低廉、精确可靠、实时显示的优点。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统，其特征在于：包括信号采集模块、信号处理模块、单片机控制模块、无线传输模块、上位机。所述信号采集模块包括磁源、信号采集器；所述磁源为小磁体贴片，用于贴在手指上；所述信号采集器包括磁传感器阵列、置位/复位电路；所述磁传感器阵列由N（N≥10）个磁传感器组成，磁传感器在信号采集器上等间距排列一周；所述的置位/复位电路用于产生置位/复位脉冲，使磁传感器磁畴方向统一，恢复磁传感器灵敏度。所述的信号处理模块包括模拟信号处理电路、模/数转换电路；所述的模拟信号处理电路包括模拟开关切换电路、一级放大电路和二级放大滤波电路；所述的模拟开关切换电路将由多个磁传感器输入的多路差分电压信号逐路输出到后续电路，多路信号共用一组模拟信号调理电路；一级放大电路、二级放大滤波电路将模拟开关切换电路传送来的微弱信号进行放大和高频滤波；所述模/数转换电路对经过放大滤波的模拟信号进行模/数转换。所述单片机控制模块包括置位/复位信号控制电路、一级放大电路增益控制电路、模/数转换芯片信号控制电路、无线传输信号控制电路。所述无线传输模块将下位机处理后的数字信号发送给上位机，由上位机进行后续处理及显示；所述上位机包括计算机和数据库模块；所述计算机用于处理数据信号和进行显示；所述数据库模块用以存储数据，所述的数据为检测到的数据和预先存储手势的分类数据，以便完成手势识别。所述的一级放大电路具体为可编程仪表放大电路，将磁传感器阵列输出的微弱信号电压幅值放大至mV级；所述的二级放大滤波电路放大增益为32dB；输出电压幅值范围为：0.8-5V。所述的上位机指安装LABVIEW虚拟仪器开发软件的PC机，利用LABVIEW虚拟开发软件进行编程接收无线传输模块发送来的数据，并对手部动作进行实时显示，存储。所述的信号采集器为戒指式信号采集器。在戒指式信号采集器的侧面设有供电开关，控制整个系统的元器件是否工作，在上位机的人机交互界面上设有虚拟开关，控制何时开始建立通信并进行数据采集与处理。所述的磁体贴片为5个。将小磁体贴片分别粘贴在指甲的表面，将信号采集器佩戴于中指底部，打开供电开关与虚拟开关，单片机控制模块控制产生置位/复位脉冲，使磁传感器磁畴方向统一，保证其检测灵敏度。磁传感器阵列将采集到的多路信号经过模拟开关切换电路切换输出至一级放大电路和二级放大滤波电路进行放大滤波处理，再经过模/数转换电路传输给单片机控制模块做预处理。单片机控制模块对接受的信号建立初始方程，并建立误差函数，并将数据通过无线传输模块发送给上位机。本技术系统及方法通过戒指式信号采集器将采集到的数据进行一系列处理，最终由上位机利用优化算法即可逆向求解出手部的运动状态，无需其他辅助传感器。具有检测、识别、实时显示手部姿态等功能。结构简单，成本低廉，使用方便，可应用于手势识别、机械外骨骼的控制、虚拟现实等领域。附图说明图1为本技术系统的结构框图；图2为本技术系统的具体结构原理图；图3为本技术磁源及戒指式信号采集器佩戴示意图；图4为本技术中戒指式信号采集器结构示意图；图5为本技术中上位机所用优化算法流程图。图6为本技术中所用PSO算法流程图。图7为本技术中所用L-M算法流程图。图8为本技术中所建立的手指几何模型示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。如图1至4所示，本技术提供了一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统，包括信号采集模块、信号处理模块、单片机控制模块、无线传输模块、上位机（计算机和数据库模块）；所述信号采集模块包括磁源、信号采集器；所述磁源为5个小磁体贴片1，分别粘贴于五个手指指甲中部表面；所述戒指式信号采集器6包括磁传感器阵列、置位/复位电路；戒指式信号采集器6佩戴于中指底部，所述磁传感器阵列由N（N≥10）个磁传感器组成，磁传感器在信号采集器上等间距排列一周。如图4，a为单个磁传感器；b为N个磁传感器在信号采集器上等间距排列一周所组成的磁传感器阵列；c为供电开关；所述的置位/复位电路用于产生置位/复位脉冲，使磁传感器磁畴方向统一，恢复磁传感器灵敏度。所述的信号处理模块包括模拟信号处理电路、模/数转换电路；所述的模拟信号处理电路包括模拟开关切换电路、一级放大电路和二级放大滤波电路；所述的模拟开关切换电路将由多个磁传感器输入的多路差分电压信号逐路输出到后续电路，多路信号共用一组模拟信号调理电路；一级放大电路、二级放大滤波电路将模拟开关切换电路传送来的微弱信号进行放大和高频滤波；所述模/数转换电路对经过放大滤波的模拟信号进行模/数转换。所述单片机控制模块包括置位/复位信号控制电路、一级放大电路增益控制电路、模/数转换芯片信号控制电路、无线传输信号控制电路。所述无线传输模块将下位机处理后的数字信号发送给上位机，由上位机进行后续处理及显示；所述计算机用于处理数据信号和进行显示；所述数据库模块用以存储数据，所述的数据为检测到的数据和预先存储手势的分类数据，以便完成手势识别。所述的一级放大电路具体为可编程仪表放大电路，将磁传感器阵列输出的微弱信号电压幅值放大至mV级；所述的二级放大滤波电路放大增益为32dB；输出电压幅值范围为：0.8-5V。所述的上位机指安装LABVIEW虚拟仪器开发软件的PC机，利用LABVIEW虚拟开发软件进行编程接收无线传输模块发送来的数据，并对手部动作进行实时显示，存储。在戒指式信号采集器6的侧面设有供电开关7，控制整个系统的元器件是否工作，在上位机的人机交互界面上设有虚拟开关，控制何时开始建立通信并进行数据采集与处理。一种基于磁传感器的手部运动检测识别系统的运作过程，包括以下步骤：步骤一：将小磁体贴片分别粘贴在指甲的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统，其特征在于：包括信号采集模块、信号处理模块、单片机控制模块、无线传输模块、上位机；所述信号采集模块包括磁源、信号采集器；所述磁源为小磁体贴片，用于贴在手指上；所述信号采集器包括磁传感器阵列、置位/复位电路；所述磁传感器阵列由N个磁传感器组成，其中N≥10；磁传感器在信号采集器上等间距排列一周；所述的置位/复位电路用于产生置位/复位脉冲，使传感器磁畴方向统一；所述的信号处理模块包括模拟信号处理电路、模/数转换电路；所述的模拟信号处理电路包括模拟开关切换电路、一级放大电路和二级放大滤波电路；所述的模拟开关切换电路将由多个磁传感器输入的多路差分电压信号逐路输出到后续电路，多路信号共用一组模拟信号调理电路；一级放大电路、二级放大滤波电路将模拟开关切换电路传送来的微弱信号进行放大和高频滤波；所述模/数转换电路对经过放大滤波的模拟信号进行模/数转换；所述单片机控制模块包括置位/复位信号控制电路、一级放大电路增益控制电路、模/数转换芯片信号控制电路、无线传输信号控制电路；所述无线传输模块将下位机处理后的数字信号发送给上位机，由上位机进行后续处理及显示；所述上位机包括计算机和数据库模块；所述计算机用于处理数据信号和进行显示；所述数据库模块用以存储数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感器的手指运动检测识别系统，其特征在于：包括信号采集模块、信号处理模块、单片机控制模块、无线传输模块、上位机；所述信号采集模块包括磁源、信号采集器；所述磁源为小磁体贴片，用于贴在手指上；所述信号采集器包括磁传感器阵列、置位/复位电路；所述磁传感器阵列由N个磁传感器组成，其中N≥10；磁传感器在信号采集器上等间距排列一周；所述的置位/复位电路用于产生置位/复位脉冲，使传感器磁畴方向统一；所述的信号处理模块包括模拟信号处理电路、模/数转换电路；所述的模拟信号处理电路包括模拟开关切换电路、一级放大电路和二级放大滤波电路；所述的模拟开关切换电路将由多个磁传感器输入的多路差分电压信号逐路输出到后续电路，多路信号共用一组模拟信号调理电路；一级放大电路、二级放大滤波电路将模拟开关切换电路传送来的微弱信号进行放大和高频滤波；所述模/数转换电路对经过放大滤波的模拟信号进行模/数转换；所述单片机控制模块包括置位/复位信号控制电路、一级放大电路增益控制电路、模/数转换芯片信号控...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小玲，张可，汤福南，李修寒，段磊，王伟，朱松盛，刘宾，
申请(专利权)人：南京医科大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32