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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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基于MEMS加速度计的自动床位和Windows系统

A.Alice Linsie
印度泰米尔纳德邦普杜克科泰市尚穆加纳桑工程学院欧洲经委会系助理教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文提出了一种基于MEMS加速度计的手势识别原型模型，该系统能够识别来自MEMS三轴加速度计的手势，主要针对医院应用。根据加速度值，使用单片机启动相应的电机，使用射频发射机和接收机执行床的定位和窗户的打开和关闭等任务。LCD用于显示不定时执行的命令。

关键字
MEMS加速度计，射频发射机和接收机，液晶显示器

介绍
手势识别是当今最重要的研究领域之一。随着人机交互越来越频繁，肢体动作被用作交流的语言。许多设备如相机，操纵杆，轨迹球等都可以用于捕捉手势。然而，每种设备都有其自身的局限性，如移动性、成本等。本工作采用基于MEMS的加速度计，其体积紧凑，可在任何需要的地方使用。一些使用MEMS加速度计的作品是可用的。徐瑞泽等人讨论了符号序列和Hopfield网络、速度增量、符号序列和模板匹配三种不同的手势识别模型，能够基于三轴加速度计的输入检测出上、下、左、右、勾、圆、叉等七种手势。在三个模型中，他们推荐了符号序列和模板匹配技术，因为它的整体识别精度最高。由于这种高精度的模板匹配技术也被应用于手势识别中。

现有的系统
一些使用MEMS加速度计的手势识别系统用于各种应用，如方向控制轮椅，无线鼠标导航系统等。[2]Mangaiyarkarasi等人在他们的工作中使用了模板匹配技术，为每个手势生成语音命令，并在LCD中显示相同的命令，旨在帮助语言和听力受损的人。Preeti Srivastava等人提出了针对老年人和残疾人使用头部手势识别的自动轮椅控制。然而，手势识别是一个广泛的领域，其应用还可以进一步扩展。所提出的系统就是这样一个使用MEMS加速度计的扩展应用。

提出了系统
该系统分为两部分:1)基于手势的床位系统2)自动窗口系统。通常卧床不起的病人必须依靠别人来调整他们的床位，并打开/关闭那个地方的窗户。在医院里，可以使用带杠杆的可调节床，在其他人的帮助下，这些工作都可以完成。然而，为了提供灵活的使用，这一扩展的手势识别应用程序的工作。这里通过加速度计捕获手势，基于加速度值激活微控制器中的相应命令，从而启用相应的设备。由于这是一个原型模型，铝板和圆盘板被用于床和窗户的设置。
图1所示。A & 1。b显示了所提出的基于MEMS的手势识别系统的架构。具体步骤如下所示。
传感装置在三个轴上感应加速度。为了保证检测的准确性，采用了三轴加速度计，所有的三轴值都用于分析。加速度值，这是模拟的条件下，并给予微控制器电路。微控制器通过预先存储的值列表检查输入的手势值。通过继电器分配相应手势必须启用的电机。
在自动窗口的情况下，如果感应到的加速度值与预先存储的值相匹配，则启用射频发射机传输信号。解码器用于解码信号，射频接收机用于接收信号。在接收到信号后，窗口将通过步进电机根据手势打开/关闭。lcd用于显示命令以及在(X, Y, Z)轴上的加速度值，该动作现在正在执行。

a)传感装置:
这里使用的传感设备是ADXL 335加速度计。该设备具有所有三个(X, Y, Z)轴的传感器。这些轴互不干扰，因为它们彼此正交。该装置具有功耗低、体积小等优点。该装置本身产生条件电压输出。它测量加速度的最小全量程范围为±3g。它既可以测量静态加速度，也可以测量动态加速度。
该传感器是建立在多晶硅表面硅片上的微加工结构。硅片和多晶硅之间产生了表面阻力以抵抗加速度。加速度的测量使用一个由一个独立的固定板和另一个板连接到移动质量的差动电容器。固定板由180°失相方波输入驱动。加速度使移动板偏转，使差动电容设置不平衡，导致传感器输出电压的幅值与加速度成正比。相敏解调技术用于确定加速度的大小和方向。

b)数据处理:
加速度计为所有3个轴产生加速度的模拟值。每个手势都有自己的一组值。这些值预先存储在微控制器中，以及必须启用的操作列表。每个手势的容差级别设置为±5，当检测到的手势值与预存储的值相同时，设备将启动相应的动作。例如，如果完成了病人床头朝上的手势，其加速度值将与预先存储的值进行比较。如果匹配，则控制头侧电机的继电器启用。如果头向下的手势是做继电器旋转电机在逆时针方向。
腿侧床上下的操作步骤相同。对于窗户的打开和关闭，在检测和比较手势后，命令将通过发射机传输，在接收机得到信号后，设置的窗口将通过继电器控制电机打开/关闭。

结果与讨论
在单片机上使用Embedded c进行编程，并用Proteus软件进行仿真和验证。使用该软件的模拟结果如下所示。该系统具有非特定用户类型、移动性强、射频收发区覆盖范围广等优点。
在仿真模型中，采用压接口代替加速度计进行加速度值的调整。模拟输出有压接端口、单片机、液晶显示器、步进电机。

结论
在这篇论文中，我介绍了我在通过MEMS加速度计进行手势识别方面的工作。MEMS加速度计有多种应用，而自动升降床系统和窗户系统是未接触到加速度计的应用之一。该系统可用于医院，家庭等，不仅为病人，我们可以使用这种技术在正常的床的位置变化的顶部和底部。通过这个应用程序，人们不需要依赖别人。类似地，这项工作的另一个应用是自动窗口。不使用远程手动操作，我们可以简单地从我们所在的地方用手势控制窗口。由于我使用射频发射机为这个windows应用程序的覆盖范围是有限的。该系统的主要缺点是，由于这项工作是针对床，患者的体重也必须考虑在内。根据重量，我们需要更高效的电机来提升床，但这需要更多的成本。而且，如果机器没有正确维护，就会有噪音污染，这可能会对病人本身造成干扰。

数字一览


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图1一个 图1 b 图2 图3
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图4 图5 图6

参考文献








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