一、项目概述
1.1 导言
计算机规范外设鼠标和键盘的技能相对老练，但其操作单调，多年来技能都未有突破性的前进;接触屏的技能新近呈现不久，而且很快成为热门，该技能需求特别的显现接触设备，以满意输入要求;除此之外，以上两种输入办法，遭到输入设备原理的束缚，不可避免地使运用者束缚在显现设备及输入设备周围。在这种工业布景下，亟需一种人性化的智能无线输入设备来满意日益遍及的多媒体演示、工作及个人电脑运用环境。
在此前提下，本团队开发了一种名为Smartmouse的手势输入体系，运用者可便利的将本设备的手持端佩带在手上并经过USB接口将主机端衔接在PC机上，便可经过手势对PC进行操控。可经过手势完结鼠标具有的悉数功用，一起还可对当今比较盛行的日常运用软件进行流通的操作。Smartmouse的操作办法与接触屏和传统鼠标的最大差异在于摆脱了对屏幕及固定输入设备的依靠，然后可以更好地习气当今的多媒体环境。使电脑运用者可以脱离传统鼠标键盘的束缚，树立运用者和电脑设备间愈加人性化的沟通办法。
1.2 项目布景
现在，国内输入设备厂家多针对现有的输入设备进行改善，如新贵、双飞燕等公司，推出的多媒体鼠标、键盘，在原有的键盘或鼠标的基本功用之上，增加对多媒体软件的便利按键。此类产品尽管增加了用户的易用性，但大多价格不菲，更为重要的是其输入办法并没有质的改变。
华中科技大学近期研制了一种根据空间运动丈量技能的人体上肢动作输入设备，该设备的输入办法选用了人体仿生学规划，具有突破性。但该体系的硬件很多，辨认算法杂乱，工业化远景迷茫。
国外平等产品早在2001年，三星公司和SenseBoard公司展现了开发中的虚拟键盘，三星公司研制阶段的产品称为“Scurry”。两家公司的产品在辨认办法上有所不同，可是都带来了革命性的改变，即可以扔掉传统的鼠标键盘。该种输入设备的问题在于，用户在运用时，依然要仿照键盘敲击的动作。
截止04年末，该种键盘的研制依然处于有线衔接的阶段。直到现在为止，也没有“Scurry”正式上市的音讯，原因在于，该设备价格昂贵，消耗巨大，商业化困难。
Nitendo公司出产的游戏机Wii与之相似，选用感知加速度来操作游戏，但其仅能作为游戏设备运用，而且运用红外传输，因此遭到视点和间隔的束缚。
上个世纪70、80年代，国际上曾展开了很多关于数据手套的研讨，以此捕获手部的动作，但之后不久该类研讨堕入阻滞。现在，对手势辨认比较盛行的做法是选用根据视觉图画辨认的办法。选用摄像机捕获动作的图画，选用图画处理的办法得到动作的信息，但这种手势辨认办法消耗巨大，对软硬件的要求也十分高。底子无法作为一般PC的输入设备运用。
在MEMS技能及超低功耗无线通讯技能飞速开展的布景下，超小体积、超低功耗MEMS加速度传感器和无线通讯模块的开展，为咱们规划开发一种具有广泛运用远景且愈加人性化、便利、便利的输入设备供应了确保。
1.3本规划的先进性
Smartmouse智能手势输入设备不仅仅局限于计算机的输入，更可用于多媒体设备的操控等许多范畴，具有十分宽广的运用规模。而且，现在商场上并未呈现运用加速度传感器而且交融无线通信和USB即插即用等技能的输入设备，Smartmouse智能手势输入设备的呈现定将招引一批中高端寻求新鲜事物的用户。
作为产品，Smartmouse智能手势输入设备既具有现有产品的优势，又战胜现有产品的缺乏;集人性化、易用性、便携性于一身，更为运用者供应一种全新的操作理念，必将取得商场的垂青。
二、需求剖析
2.1 功用要求
Smartmouse智能手势输入体系分为手持端(手势数据收集模块)和主机端(数据接纳处理模块)，手持端和主机端经过无线办法衔接。手持端可便利地佩带在运用者手指上，对运用者的手势数据进行收集;主机端可完成与PC机接口，并可对手势数据进行接纳和智能处理。
Smartmouse智能手势输入设备的功用框图如图1所示。
2.2 功用要求
Smartmouse智能手势输入设备，可精确辨认人的各种手势并根据手势流通的进行如移动鼠标、左键、右键、删去、确认、撤销、移动文件等等相应操作。信号收集端可实时完好的收集人手部动作的信息，经收拾后以相应的数据格局经过2.4G无线频段传输给PC或接纳机上的主机端;主机端可在无需任何驱动程序的前提下将本身例化为USB接口方法的鼠标键盘复合设备;接纳数据后，对数据进行智能化处理，辨认出手势所表达的含义，一起将相应操作反馈给PC或接纳机。对手势的辨认率应到达消费类电子的水平。
三、方案规划
3.1 体系功用完成原理
Smartmouse智能输入体系选用加速度传感器对运用者的手部动作数据进行收集和开始辨认，结合无线通信和USB接口技能，经过自创的简略且智能的手势辨认处理算法，将得到的手部动作信息经过USB接口传输给PC或接纳机，运用户可以以更契合肢体动作习气的办法对PC进行操控，给用户带来全新的操作体会。
Smartmouse智能输入体系硬件结构框图如下图2所示。(1)手势数据收集
Smartmouse智能手势输入体系的手持端需对运用者手部动作数据进行接连且精确的采样，并将收集到的手部动作数据经过无线方法传输给衔接在PC机USB接口上的主机端。本体系选用美新公司出产的双轴MEMS加速度传感器芯片MXC6202xMP作为首要的手势动作感知器材，在正确感知手部动作数据的一起，到达低功耗、高精度的要求。
(2)数据接纳与处理
衔接在PC机USB口上的主机端，即数据接纳与处理模块，将本身例化为PC机的鼠标和键盘复合设备，一起将经过无线办法接纳到的手势数据经过辨认算法进行智能处理，将处理后的成果以鼠标键盘操作数据的方法传输给PC机。数据接纳与处理模块与PC机的衔接进程无需装置任何驱动，可完成即插即用。对手势数据的辨认率可以满意消费类电子要求。本体系中以AVR单片机为中心处理单元，担任将设备依照USB协议枚举为USB复合设备，办理无线收发模块，并经过无线模块对手持端进行办理，一起将接纳到的手势数据经过自创的手势辨认算法进行剖析，将成果发送给主机端。
(3)数据的传输
收集的手势数据的传输选用当时在消费类电子产品范畴运用比较广泛的2.4G频段，在确保带宽的前提下精确传输数据和操控信息，一起可完成设备休眠等下降功耗的操作。
(4)主机端与PC接口
主机端即手势数据处理模块经过USB接口与PC机进行衔接，将本身例化为PC机的键盘鼠标复合设备，在不需求任何驱动的前提下完成即插即用。
(5)电源供应
手持端选用微型锂电池作为电源，体积较小并可进行重复充电与运用。一起经过休眠、停机等操作下降体系功耗。
主机端经过主机USB接口供电，在长期不运用情况下可进行休眠操作。
(6)智能辨认率
Smartmouse智能手势输入体系需求流通的对PC机进行操作，对手势的辨认率有较高要求，一起能对如今比较盛行的演示软件进行杂乱操作。本规划中经过32位AVR单片机对接纳到的手势数据进行处理，结合本团队自创的手势辨认算法，辨认出手势具有的含义。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
因为本体系所包括的模块很多、算法杂乱，一起对功耗、稳定性又有很高要求，所以在渠道的挑选时分两个过程进行：
功用完成阶段，首要为完善手势辨认算法、USB接口协议、无线通讯协议等。各个部分均运用现成模块。无线收发部分选用Ti公司出产的eZ430无线收发模块;算法硬件完成和USB接口等的办理选用Atmel公司供应的EVK1100开发板。
著作完善阶段，在完成手势辨认算法、USB接口协议、无线通讯协议等的基础上，运用Atmel公司的出产的ATXMEGA32D4单片机和无线收发芯片AT86RF212克己手持端;选用AT32UC3L064单片机和无线收发芯片AT86RF212完成主机端的数据接纳、手势辨认算法和USB接口办理。
3.3体系程序架构
本体系中，软件规划首要分为手势数据收集、无线通讯协议、手势数据辨认算法和USB接口协议几部分。
手势数据收集：在主机端的操控下对手势数据进行收集并按必定的格局打包预备进行传输;
无线通讯协议：办理手持端与主机端之间的衔接和数据传输;
手势辨认算法：为本体系中的算法中心，选用一种自创的根据加速度传感器数据的智能辨认算法，对手势数据进行处理，得出手势所具有的含义;
USB接口协议：办理主机端与PC或接纳机之间的衔接，将主机端枚举为电脑的鼠标键盘复合设备，完成在无驱动条件下的即插即用。
3.4 体系程序流程
本体系中程序首要分为手持端程序和主机端程序，程序流程图如下图3所示。
3.4 体系估计完成成果
凭借Atmel供应的EVK1100系列开发板和Ti eZ430无线模块完成样机一套，完成鼠标一切功用，并能对简略的阅读软件进行操控，一起到达辨认精确率90%以上。克己产品初级模型一套，完成鼠标一切功用，一起具有“空中画笔”功用，能对简略的阅读软件进行流通的操控，到达精确辨认90%以上。
