CN105361370A - 一种智能手环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能手环，包括：手环本体、充电电池模块、控制模块、投影装置和手势检测模块。当用户佩戴好智能手环后，控制模块功能信息通过投影装置以图像的方式投射到用户的手臂上，用户通过手指触摸该图像的对应位置以进行操作动作，而手势检测模块则可以检测用户的动作，控制模块根据检测到的用户在图像对应位置的动作，判断出用户的操作指令，并发出对应的控制信号来实现对应的功能。通过内置的投影装置和手势检测模块及控制模块来实现人机交互，实现诸如查看短信息等操作，无需通过复杂的按键或者通过终端来实现这些交互功能，降低了智能手环操作的复杂性。

Description

一种智能手环

技术领域

本发明涉及穿戴设备领域，特别是涉及一种智能手环。

背景技术

随着科学技术的发展，智能手机等智能产品走进了千家万户，近年来，和智能手机等设备配合使用的智能穿戴设备逐渐流行起来。

现阶段的智能穿戴设备可用于与智能手机等设备无线连接，获取后台智能设备的支持，独立或协作为使用者提供以下服务：日志提醒、睡眠信息、锻炼信息和心率信息等的检测和保存等，由于众多功能的集成，导致了智能手环操作的复杂性。

因而，如何降低智能手环的操作的复杂度，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能手环，可以降低智能手环的操作的复杂度。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种智能手环，包括：

手环本体和内置于所述手环本体内的充电电池模块；

控制模块，用于与外界终端进行通信和数据交换，并响应操作者的操作指令发出对应控制信号；

投影装置，用于接收所述控制模块所发送的第一信息，并将所述第一信息进行图像投射；

手势检测模块，用于检测所述操作者在所述投影装置所投射的图像上的动作，并将检测的信号发送至所述控制模块，以供所述控制模块判断所述操作者的动作所对应的操作指令。

优选地，所述手势检测模块包括：

预设个数的红外收发传感器，用于发射红外光线，并接收受所述操作者的手指阻碍而反射回来的红外光线。

优选地，所述红外收发传感器沿所述手环本体外侧等间距弧形设置，且所述红外收发传感器发射的红外线平行于所述手环本体的中心轴线。

优选地，所述控制模块还用于根据所述红外光线的发射时间、对应红外光线的返回时间和对应红外光线在所述图像宽度上的位置，计算出所述手指对所述图像的触摸位置，并根据所述图像对应位置的信息得出相应的操作指令。

优选地，所述控制模块还用于根据所述手指对于所述图像的渐变触摸位置，判断出所述手指的线性动作操作指令。

优选地，各所述红外收发传感器的最大检测范围为1cm。

优选地，所述控制模块通过蓝牙模块和所述外界终端进行通信和数据交换。

优选地，还包括：

电源管理模块，用于根据所述控制模块的对应控制指令控制所述充电电池模块的充放电。

优选地，还包括：

投影模块，用于根据所述控制模块的对应控制指令驱动所述投影装置的开闭。

优选地，还包括：

USB接口，用于根据所述电源管理模块的控制指令，对所述充电电池模块进行充电。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的智能手环，包括：手环本体和内置于所述手环本体内的充电电池模块；控制模块，用于与外界终端进行通信和数据交换，并响应操作者的操作指令发出对应控制信号；投影装置，用于接收所述控制模块所发送的第一信息，并将所述第一信息进行图像投射；手势检测模块，用于检测所述操作者在所述投影装置所投射的图像上的动作，并将检测的信号发送至所述控制模块，以供所述控制模块判断所述操作者的动作所对应的操作指令。当用户佩戴好智能手环后，将智能手环和智能手机等外界终端连接，控制模块将外界终端的功能信息或者自身的功能信息通过投影装置以图像的方式投射到用户的手臂上，用户通过手指触摸该图像的对应位置以进行操作动作，而手势检测模块则可以检测用户的动作，控制模块根据检测到的用户在图像对应位置的动作，判断出用户的操作指令，并发出对应的控制信号来实现对应的功能。通过内置的投影装置和手势检测模块及控制模块来实现人机交互，实现诸如查看短信息等操作，无需通过复杂的按键或者通过终端来实现这些交互功能，降低了智能手环操作的复杂性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的智能手环应用示意图；

图2为本发明一个实施例所提供的手势检测模块的工作原理示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的智能手环功能结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种智能手环，可以降低智能手环的操作的复杂度。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的智能手环应用示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种一种智能手环，其特征在于，包括：手环本体100和内置于所述手环本体100内的充电电池模块101，优选手环本体100由塑料和金属材质相结合制得；控制模块102，用于与外界终端进行通信和数据交换，并响应操作者的操作指令发出对应控制信号；投影装置103，用于接收所述控制模块102所发送的第一信息，并将所述第一信息进行图像投射，优选投影装置为微型投影仪；手势检测模块104，用于检测所述操作者在所述投影装置103所投射的图像上的动作，并将检测的信号发送至所述控制模块102，以供所述控制模块判断所述操作者的动作所对应的操作指令。

在本实施方式中，当用户佩戴好智能手环后，将智能手环和智能手机等外界终端连接，控制模块将外界终端的功能信息或者自身的功能信息通过投影装置以图像的方式投射到用户的手臂上，用户通过手指触摸该图像的对应位置以进行操作动作，而手势检测模块则可以检测用户的动作，控制模块根据检测到的用户在图像对应位置的动作，判断出用户的操作指令，并发出对应的控制信号来实现对应的功能。通过内置的投影装置和手势检测模块及控制模块来实现人机交互，实现诸如查看短信息等操作，无需通过复杂的按键或者通过终端来实现这些交互功能，降低了智能手环操作的复杂性。

在上述实施方式的基础上，本发明一种实施方式所提供的手势检测模块包括：预设个数的红外收发传感器，用于发射红外光线，并接收受所述操作者的手指阻碍而反射回来的红外光线。其中，所述红外收发传感器沿所述手环本体外侧等间距弧形设置，且所述红外收发传感器发射的红外线平行于所述手环本体的中心轴线。优选地，所述红外收发传感器的数目为9，且9个所述红外收发传感器所发射的红外光线在所述图像上的投影覆盖所述图像。

如图1所示，图中标示的1、2、3、4、5、6、7、8、9为依次沿所述手环本体外侧等间距弧形设置的9个红外收发传感器。图中标示的106为用户的手臂，105为投影装置103投射在手臂106上的图像，其中，图像105为投射到手臂上具有一定的弧度、近似平面的图案。107为任一触摸点。其中，图中标示的XYZ坐标系是以智能手环的对称中心点O为原点建立的三维坐标系，其中，Z轴是智能手环的中心线，手臂即沿着Z轴穿戴智能手环。

请参考图2，图2为本发明一个实施例所提供的手势检测模块的工作原理示意图。

图2中1-9为图1中的9个红外收发传感器投影到OXZ坐标系所在平面的映射位置；图2中的四边形CDEF为图1中的图像105投影到OXZ坐标系所在平面的映射位置；图2中的P点为图1中的触摸点107投影到OXZ坐标系所在平面的映射位置；图2中标示的d为红外收发传感器的排列等间距；图2中标示的h为每个红外收发传感器的有效检测范围；图2中标示的G和M分别为红外收发传感器3和红外收发传感器4的中心点；图中的虚线GH和MN均平行于OZ轴；并定义Z轴的正方向为东方，Z轴的负方向为西方，X轴的正方向为北方，X轴的负方向为南方。

本实施方式中的控制模块还用于根据所述红外光线的发射时间、对应红外光线的返回时间和对应红外光线在所述图像宽度上的位置，计算出所述手指对所述图像的触摸位置，并根据所述图像对应位置的信息得出相应的操作指令。

优选每个红外收发传感器沿Z轴方向的有效检测范围为20～100mm；当红外收发传感器发射红外光线时，控制模块会记录当前时间t₀，当接收到对应红外光线的光强超过一定幅度时，表示该红外光线是遇到障碍物被反射回来的，控制模块记录当前时间t₁，可依据式(1)计算出检测到的触摸点和对应红外收发传感器的距离。

H_n＝c*(t₁-t₀)/2-------------------------------------------------------(1)

其中c表示光速，H_n表示第n个红外收发传感器检测的障碍物距离。

若红外收发传感器计算所得距离H_n满足条件20mm<H_n<100mm，则有效；否则为无效，记H_n＝0。

而根据检测到发射回来的红外光线的红外收发传感器在X轴上的坐标，即可得出触摸点的X轴坐标，从而得出手指对图像的触摸位置。控制模块根据手指触摸点相对于图像的坐标位置，计算出图像该位置对应的功能操作，从而判断出用户的操作指令。

在本实施方式中，红外收发传感器为发射和接收940nm的红外光线的传感器。如图2所示，每个红外收发传感器沿X轴方向的检测范围为h，最大值为2d；每一个红外收发传感器的最大检测范围h为1cm，通常人的手指的粗细在1.5cm左右，因此当有手指触摸投影图像区域时，可能同时有多个红外收发传感器同时检测到当前触摸动作。不同的用户的手指大小不同，同一用户不同的手指大小也不同，所以当不同的手指在同一位置进行触控操作时，可能同时会被数量不同的红外收发传感器检测到；因而在OXZ坐标系中，对检测出的P点的所有的红外收发传感器的X轴坐标求平均值以定位触摸点P的X轴方向的坐标。

如图2所示，假设手指触摸P点时，被红外收发传感器i、j和k同时检测到，则按式(2)计算X轴坐标：

P_X＝(X_i+X_j+X_k)/3--------------------------------------------------------(2)

其中，X_i、X_j和X_k分别是红外收发传感器i、j和k在OXZ坐标系中的X轴上的坐标。

若假定图2中的触摸点P点的区域将红外收发传感器2、3和4的红外光线反射回去，即当前的触摸手指可同时被红外收发传感器2、3和4检测到，此时，按式(2)计算可得P_X＝(d+2d+3d)/3，即P_X＝2d。

相应地，本实施方式中的智能手环在OXZ坐标中，定位触摸点P的Z轴方向的坐标的方法是，对检测出P点的所有红外收发传感器测得的距离求平均值，所以当触摸手指同时被红外收发传感器i、j和k检测到时，本装置首先根据式(1)计算出H_i、H_j和H_k，然后按式(3)计算出Z轴坐标：

P_Z＝(H_i+H_j+H_k)/3----------------------------------------------------(3)

其中，H_i、H_j和H_k分别是红外收发传感器i、j和k所检测出的手指触摸点P的距离。

由以上分析可知，本实施方式的智能手环在OXZ坐标中可以比较精确地定位手指触摸点P的坐标(P_X，P_Z)，由此可以实现手指的单指触摸操作。

在实际操作中，用户的操作不仅仅包括点触式操作，经常会有连续性的线性操作，因此，所述控制模块还用于根据所述手指对于所述图像的渐变触摸位置，判断出所述手指的线性动作操作指令。

当智能手环检测到手指在投影图像上时，触摸点P的坐标在变化时，而且变化量满足式(4)时，依据下述原则判定出对应的手势：

ΔP_X ²+ΔP_Z ²>7.5²mm--------------------------------------------------(4)

其中，ΔP_X和ΔP_Z分别是触摸点P相对前一触摸位置的X轴坐标和Z轴坐标的瞬间变化量。

其中判定手势的原则，即判断手指的线性动作的原则：

手势一：P_X逐渐变大，ΔP_Z<5mm始终近似保持不变，则判断该手势为X轴方向自南向北的平移手势；

手势二：P_X逐渐变小，ΔP_Z<5mm始终近似保持不变，则判断该手势为X轴方向自北向南的平移手势；

手势三：P_Z逐渐变大，ΔP_X<5mm始终近似保持不变，则判断该手势为Z轴方向的自西向东的平移手势；

手势四：P_Z逐渐变小，ΔP_X<5mm始终近似保持不变，则判断该手势为Z轴方向的自东向西的平移手势；

手势五：P_X和P_Z同时逐渐变大，则判断该手势为自西南方向至东北方向的斜上滑动手势；

手势六：P_X和P_Z同时逐渐变小，则判断该手势为自东北方向至西南方向的斜下滑动手势；

手势七：P_X逐渐变大，同时P_Z逐渐变小，则判断该手势为自东南方向至西北方向的斜上滑动手势；

手势八：P_X逐渐变小，同时P_Z逐渐变大，则判断该手势为自西北方向至东南方向的斜下滑动手势。

综合可知，本实施方式可以通过手指在投影图像上操作，且可以实现手指的单指触摸操作，以及八种滑动手势操作。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式所提供的智能手环功能结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，所述控制模块102通过蓝牙模块201和所述外界终端进行通信和数据交换。其中，蓝牙模块连接智能手环和智能手机等设备，实现数据、音视频通信，当然，为了实现对应的功能，智能手环上需要设置对应的功能部件，如设有扬声器等，本实施方式在此并不做限定，具体视情况而定。

进一步地，智能手环还包括：电源管理模块202，用于根据所述控制模块102的对应控制指令控制所述充电电池模块101的充放电，其中，智能手环还包括：USB接口203，用于根据所述电源管理模块的控制指令，对所述充电电池模块进行充电，USB接口为micro型USB接口，即微型USB接口，方便对充电电池模块充电，且只占据较小的空间。电源管理模块用于监控充电电池模块的状态，优化智能手环的用电和管理充电电池模块充电的电子电路。而充电电池模块优选为可重复充电的锂电池。

进一步地，智能手环还包括：投影模块204，用于根据所述控制模块102的对应控制指令驱动所述投影装置103的开闭。投影模块优选为微系统型投影装置的驱动器，用于控制投影装置投影图像到用户的手臂上。

综上所述，本发明实施例所提供的智能手环，通过内置的投影装置和手势检测模块、控制模块，实现人机交互，简化了智能手环的操作复杂性。尤其是本发明的手势检测模块采用多个等间距弧形布置的红外收发传感器，能够精确且方便地检测出用户的操作手势，尤其是用户的单手指触控操作以及线性移动操作，在智能手环中添加对应的功能部件，能够通过简单的人机交互实现所连接的终端的对应功能，如添加音频部件，实现拨打电话、播放音乐等，而手势检测模块能够检测出用户的操作指令，可以实现查看短消息等操作，方便用户的使用。

以上对本发明所提供一种智能手环进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能手环，其特征在于，包括：

手环本体和内置于所述手环本体内的充电电池模块；

控制模块，用于与外界终端进行通信和数据交换，并响应操作者的操作指令发出对应控制信号；

投影装置，用于接收所述控制模块所发送的第一信息，并将所述第一信息进行图像投射；

手势检测模块，用于检测所述操作者在所述投影装置所投射的图像上的动作，并将检测的信号发送至所述控制模块，以供所述控制模块判断所述操作者的动作所对应的操作指令。

2.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述手势检测模块包括：

预设个数的红外收发传感器，用于发射红外光线，并接收受所述操作者的手指阻碍而反射回来的红外光线。

3.根据权利要求2所述的智能手环，其特征在于，所述红外收发传感器沿所述手环本体外侧等间距弧形设置，且所述红外收发传感器发射的红外线平行于所述手环本体的中心轴线。

4.根据权利要求3所述的智能手环，其特征在于，所述控制模块还用于根据所述红外光线的发射时间、对应红外光线的返回时间和对应红外光线在所述图像宽度上的位置，计算出所述手指对所述图像的触摸位置，并根据所述图像对应位置的信息得出相应的操作指令。

5.根据权利要求4所述的智能手环，其特征在于，所述控制模块还用于根据所述手指对于所述图像的渐变触摸位置，判断出所述手指的线性动作操作指令。

6.根据权利要求5所述的智能手环，其特征在于，各所述红外收发传感器的最大检测范围为1cm。

7.根据权利要求1至6任一项所述的智能手环，其特征在于，所述控制模块通过蓝牙模块和所述外界终端进行通信和数据交换。

8.根据权利要求7所述的智能手环，其特征在于，还包括：

电源管理模块，用于根据所述控制模块的对应控制指令控制所述充电电池模块的充放电。

9.根据权利要求8所述的智能手环，其特征在于，还包括：

投影模块，用于根据所述控制模块的对应控制指令驱动所述投影装置的开闭。

10.根据权利要求9所述的智能手环，其特征在于，还包括：

USB接口，用于根据所述电源管理模块的控制指令，对所述充电电池模块进行充电。