CN106970647A - 基于rdm算法的无人飞行器手势交互装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,为克服现有交互方法中存在的因受天气等外界因素影响而产生的可靠性低、控制部件繁多和交互装置体积较大的问题，其包括蓄电池充电模块、mini‑USB接口，主控制芯片、射频前端模块、2.4G无线射频模块、稳压模块及壳体；蓄电池充电模块、mini‑USB接口、稳压模块通过固定板安装在壳体内，主控制芯片、射频前端模块、2.4G无线射频模块通过PCB板安装在壳体内，2.4G无线射频模块与主控制芯片线连接，射频前端模块与主控制芯片线连接，mini‑USB接口与蓄电池线连接，蓄电池充电模块通过稳压模块和射频前端模块、主控制芯片与2.4G无线射频模块线连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于人机交互领域的交互装置，更确切地说，本发明涉及一种基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置。
背景技术
人机交互是指人与机器之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。传统的无人飞行器需要使用手持遥控器来对其进行操控，控制难度大且交互体验不佳。该方法需要操控者通过视觉观察飞行器的飞行状态，进而操作遥控器对其进行控制。因此，飞行器的飞行效果主要取决于操控者的经验和技术。
随着现代科技的进步，对无人飞行器的交互也出现了新兴的人机交互方案：
1.中国专利公开号为CN205139708U，公开日为2016-04-06，发明名称为“一种无人机的动作识别远程控制装置”，该发明创造中通过移动终端的摄像头及动作识别模块，可识别肢体语言并转换为指令编码进，通过移动终端将指令传送至无人机，对无人飞行器的飞行动作做出相对应的指示。
2.中国专利公开号为CN103861290A，公开日为2014-06-18，发明名称为“一种肌电遥控玩具飞行器及其控制方法”，该发明创造中公开了一种肌电遥控玩具飞行器及其控制方法，发明人为吕继东等人，提供一种肌电遥控飞行器，通过不同手势所产生的肌电信号对飞行器进行控制。
3.中国专利公开号为CN205796524U，公开日为2016-12-14，发明名称为“一种基于肌电控制的玩具飞行器”，与吕继东等人的专利相似，通过遥控飞行器的体感手环采集识别用户的手势动作的数据，并将识别结果转换为相应的飞行控制指令的主处理器以及将飞行控制指令通过无线模块发送至飞行器从而实现手势控制。
上述手势控制交互方案都存在着某些缺点：
1.通过机器视觉来实现手势的获取和辨识手部动作信息可靠性较差，手势动作识别无法在黑暗的环境下。
2.通过采集生物信息来进行手势交互则需要肌电等传感器辅助工作才能实现，并不是真正意义上的手势控制，真正意义上的手势控制是除主控机以外不需要借助其他辅助设备来进行手势控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有交互方法中存在的因受天气等外界因素影响而产生的可靠性低、控制部件繁多和交互装置体积较大的问题，提供了一种基于RDM(Range Doppler Map，距离-多普勒映射)算法的无人飞行器手势交互装置。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置包括蓄电池充电模块、mini-USB接口、主控制芯片、射频前端模块、2.4G无线射频模块、壳体以及稳压模块；
所述的壳体包括上盖、固定板、PCB板、外壳与天线防护罩；
所述的蓄电池充电模块、稳压模块、稳压模块中的电源按键、蓄电池充电模块中的LED灯与mini-USB接口焊接固定在固定板上，将PCB板采用胶水粘接固定在固定板的底面上，射频前端模块、2.4G无线射频模块与主控制芯片均焊接在PCB板上，平面阵列天线焊接在射频前端模块的背部，将固定板与PCB板用胶水粘接固定在外壳内，平面阵列天线从外壳的筒底上的方通孔中伸出，3mini-USB接口通过外壳侧壁上设置的开口伸出；上盖安装在外壳的壳口处并采用密封胶固定，天线防护罩扣在平面阵列天线周围的筒底上，并采用胶水将天线防护罩与外壳的筒底进行固定。
所述的2.4G无线射频模块与主控制芯片电线连接，射频前端模块与主控制芯片电线连接，mini-USB接口与蓄电池充电模块电线连接，蓄电池充电模块通过稳压模块和射频前端模块、主控制芯片与2.4G无线射频模块电线连接。
技术方案中所述的2.4G无线射频模块与主控制芯片电线连接是指：所述的2.4G无线射频模块中包括型号为LT8900的无线收发芯片U2，型号为LT8900的无线收发芯片U2的1号引脚、14号引脚与15号引脚依次和主控芯片中的微处理器芯片U3的P3引脚、R3引脚与R1引脚电线连接。
技术方案中所述的射频前端模块与主控制芯片电线连接是指：所述的射频前端模块包括微型雷达传感器芯片与阵列天线；所述的微型雷达传感器芯片选用型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1，阵列天线包括发射天线ANT_T和接收天线ANT_R1与ANT_R2；所述的发射天线ANT_T与型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的TX端电线连接，接收天线ANT_R1与ANT_R2依次和型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的RX1端与RX2端电线连接；型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的SPI_CS端、SPI_CLK端与SPI_MOSI端分别和主控制芯片中的芯片U3的P1引脚、P2引脚与M1引脚电线连接，型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCO端与主控芯片中的芯片U3的M2引脚电线连接，型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的IF1 I端、IF1 Q端、IF2 I端与IF2 Q端分别与主控制芯片中的芯片U3的L1引脚、L2引脚、K1引脚与K2引脚电线连接。
技术方案中所述的蓄电池充电模块通过稳压模块和射频前端模块、主控制芯片与2.4G无线射频模块电线连接是指：所述的蓄电池充电模块包括型号为TP4056的单节锂电池充电芯片U5、锂电池Li-lon、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、LED灯、电容C1与电容C2；所述的型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的7号引脚与电阻R4的一端电线连接，电阻R4的另一端与LED灯的负极电线连接，LED灯的正极与电容C1的一端电线连接，电容C1的另一端接稳压模块的GND端；LED灯的正极分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的4号引脚、8号引脚与电阻R2的一端电线连接，电阻R2的另一端分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的1号引脚、锂电池Li-lon的NTC端与电阻R5的一端电线连接，电阻R5的另一端连接稳压模块的GND端；型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的5号引脚分别和锂电池Li-lon的BAT+端与电容C2的一端电线连接，电容C2的另一端接稳压模块的GND端；型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的2号引脚与电阻R6的一端电线连接，电阻R6的另一端接稳压模块的GND端；稳压模块和射频前端模块、主控制芯片与2.4G无线射频模块电线连接。
技术方案中所述的稳压模块和射频前端模块、主控制芯片与2.4G无线射频模块电线连接是指：所述的稳压模块电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端与1号引脚依次和射频前端模块中的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCC端与GND端电线连接；所述的稳压模块电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端与稳压模块电路中的1号引脚依次和主控制芯片中的VCC3.3V端与GND端电线连接；所述的稳压模块电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚与稳压模块电路中的VCC3.3V端依次和2.4G无线射频模块的GND端与VCC3.3V端电线连接。
技术方案中所述的mini-USB接口与蓄电池充电模块电线连接是指：所述的mini-USB接口的内部与蓄电池电模块电线连接，外部连接从外部对蓄电池充电模块充电的充电器；即：所述的mini-USB接口的内部正极与蓄电池充电模块充电电路中的USB5V端电线连接，mini-USB接口的内部负极与蓄电池充电模块充电电路中的电容C2的接地端电线连接。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置充分利用了三维空间进行操控，用更直观的手势交互来代替原有的遥控器操作，提升了操作者的体验感；
2.本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置将所有模块都集成在一起，不需要其他辅助部件进行操作；
3.由于本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置采用封装较小的雷达芯片与平面阵列贴片式天线，进而大大减小了该手势交互装置的体积；
4.由于毫米波有很好的穿透性，并且几乎不受环境的影响，即使在黑暗的条件下进行工作，因此本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置的可靠性极高。
5.雷达处理的数据量远远小于机器图像识别的数据量，因此本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置减小了系统资源的使用和系统的复杂程度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置结构原理的示意框图；
图2为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置结构组成的分解式轴测投影视图；
图3为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置结构组成仰视的轴测投影视图；
图4为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置中射频前端模块的电路图；
图5为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置中主控芯片FPGA及外围电路的电路图；
图6为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置中2.4G无线射频模块的电路图；
图7为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置中稳压模块的电路图；
图8为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置中蓄电池充电模块的电路图；
图9为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置在无人飞行器上安装位置的轴测投影视图；
图10-1为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的1号手势示意图；
图10-2为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的2号手势示意图；
图10-3为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的3号手势示意图；
图10-4为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的4号手势示意图；
图10-5为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的5号手势示意图；
图10-6为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的6号手势示意图；
图10-7为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的7号手势示意图；
图10-8为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的8号手势示意图；
图10-9为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的9号手势示意图；
图10-10为本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置所采用的10号手势示意图；
图中：1.上盖，2.LED灯，3.蓄电池充电模块，4.mini-USB接口，5.固定板，6.主控制芯片，7.射频前端模块，8.2.4G无线射频模块，9.PCB板，10.外壳，11.平面阵列天线，12.天线防护罩，13.无人飞行器，14.无人飞行器底部螺母，15.上盖固定螺丝，16.无人飞行器手势交互装置，17.1号手势，18.2号手势，19.3号手势，20.4号手势，21.5号手势，22.6号手势，23.7号手势，24.8号手势，25.9号手势，26.10号手势，27.稳压模块，28.电源按键。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
一.无人飞行器手势交互装置的结构组成：
参阅图1，本发明所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置包括蓄电池充电模块3、mini-USB接口4，主控制芯片6、射频前端模块7、2.4G无线射频模块8、壳体以及稳压模块27。
1.射频前端模块
所述的射频前端模块7包括微型雷达传感器芯片和阵列天线；
1)参阅图4，所述的射频前端模块7的作用是将雷达信号通过SPI(串行外设接口)的IF1 I端、IF1 Q端、IF2 I端与IF2 Q端发送至主控制芯片6，再通过A/D(模数转换)通道，来实现射频前端模块7的VCO端接收主控制芯片6(FPGA)的调频信号。
所述的微型雷达传感器芯片为无人飞行器手势交互装置的核心部件，是一款基于FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)技术的毫米波雷达芯片。本技术方案中选用英飞凌的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1，24GHz收发MMIC(微波单片集成电路)，拥有一个发射器和两个接收器单元，能发射工作频率为24GHz的雷达调制波，其封装只有4.5mmx5.5mm大小。
将型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的TX端与发射天线ANT_T采用电线连接，型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的RX1端与RX2端分别和接收天线ANT_R1与ANT_R1电线连接。型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的SPI_CS端、SPI_CLK端与SPI_MOSI端分别和(图5中)主控制芯片6中的芯片U3的P1引脚、P2引脚与M1引脚电线连接。型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCO端与主控芯片6中的芯片U3的M2引脚电线连接。型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的IF1 I端、IF1 Q端、IF2 I端与IF2 Q端分别与主控制芯片6中的芯片U3的L1引脚、L2引脚、K1引脚与K2引脚电线连接。型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCC端与(图7中)稳压模块27中型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端电线连接,型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的GND端与(图7中)稳压模块27中型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚电线连接。
2)参阅图4，所述的阵列天线包括发射天线和接收天线，采用平面阵列贴片式天线，其作用分别为发射雷达调制波和接收雷达回波；
将发射天线ANT_T与型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的TX端电线连接，接收天线ANT_R1与ANT_R2分别与型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的RX1端与RX2端电线连接。
2.主控芯片
参阅图5，主控制芯片6即对应于图1中的FPGA部分，主控制芯片6的作用是产生雷达调制信号和处理来自射频前端模块7的回波信息。本技术方案中选用Altera的CycloneⅣ FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)微处理器芯片U3，该微处理器芯片U3低功耗、低成本以及性能优；
主控芯片6中的微处理器芯片U3的P1引脚、P2引脚与M1引脚分别与(图4中)射频前端模块7中的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的SPI_CS端、SPI_CLK端与SPI_MOSI端电线连接。主控芯片6中的微处理器芯片U3的M2引脚与射频前端模块7中的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCO端电线连接。主控制芯片U3的L1引脚、L2引脚、K1引脚和K2引脚分别与射频前端模块7中的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的IF1 I端、IF1 Q端、IF2 I端和IF2 Q端电线连接。主控制芯片6中的微处理器芯片U3的P3引脚、R3引脚与R1引脚分别与(图6中)2.4G无线射频模块8中的LT8900无线收发芯片U2的1号引脚、14号引脚与15号引脚电线连接。主控制芯片6中的VCC3.3V端与(图7中)稳压模块27中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端电线连接，主控制芯片6中的GND端与(图7中)稳压模块27中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚电线连接。
3.2.4G无线射频模块
参阅图6，所述的2.4G无线射频模块8的作用是进行无人飞行器手势交互装置与无人飞行器的数据传输。2.4G无线射频模块8中的型号为LT8900的无线收发芯片U2是一款由Ldctek公司独立开发的低成本、高集成度的2.4GHZ的无线收发芯片；
型号为LT8900的无线收发芯片U2的1号引脚、14号引脚与15号引脚依次和(图5中)主控制芯片6中的微处理器芯片U3的P3引脚、R3引脚与R1引脚电线连接。电容C6、电容C10与电容C11的一端分别与型号为LT8900的无线收发芯片U2的5号引脚电线连接，电容C6、电容C10与电容C11的另一端与稳压模块27的GND端电线连接，电容C6、电容C10与电容C11大小分别为0.1uF、1uF和0.1nF。型号为LT8900的无线收发芯片U2的6号引脚和7号引脚之间并联一个680K的电阻R10与一个晶振频率为12MHZ的晶振器Y1，晶振器Y1的2号引脚与1号引脚分别和22pF的电容C14与22pF的电容C15的一端串联，电容C14与电容C15的另一端与稳压模块27的GND端电线连接。型号为LT8900的无线收发芯片U2的9号引脚与稳压模块27的GND端电线连接。电阻R9、电容C12和电感L1的一端与型号为LT8900的无线收发芯片U2的10号引脚电线连接，电阻R9和电容C12的另一端与稳压模块27的GND端电线连接，同时电容C12与电感L1的另一端之间连接电容C13，电阻R9和电感L1大小分别为10K和10mH，天线ANT的一端与电感L1的另一端电线连接，天线ANT的另一端与稳压模块27的GND端电线连接。电容C3、电容C4与电容C5的一端分别和型号为LT8900的无线收发芯片U2的12号引脚与电阻R7一端电线连接，电阻R7的另一端接(图7中)稳压模块27电路中的VCC3.3V端电线连接，电容C3、电容C4与电容C5的另一端与稳压模块27的GND端电线连接，电容C3、电容C4、电容C5和电阻R7大小分别为100pF、10uF、0.1uF和10K。2.4G无线射频模块8的VCC3.3V端与(图7中的)稳压模块27中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端电线连接，2.4G无线射频模块8的GND端与(图7中的)稳压模块27中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚电线连接。
4.稳压模块
参阅图7，稳压模块的作用是将蓄电池输出的5V电压稳定在用电器件3.3V的使用电压，稳压模块为保护整个无人飞行器手势交互装置的用电模块。选用的电源稳压芯片是型号为AMS1117_3.3V的三端线性稳压芯片；
所述的直流5V输入端VCC5V与(图8中)蓄电池充电模块3电路中锂电池Li-lon的正极BAT+端相连。直流5V输入连接点与电容C16、电容C17和电源按键28一端相连，电容C16和电容C17的另一端接稳压模块27的GND端，构成滤波电路，其中电容C16、电容C17大小分别为330uF和0.1uF，电源按键28的另一端与型号为AMS1117_3.3V的稳压芯片U4的3号引、电容C17与电源按键28一端电线连接，电容C16与电容C17的另一端接稳压脚电线连接，电源按键28的作用为启动和关闭设备。型号为AMS1117_3.3V的稳压芯片U4的1号引脚即接地端与稳压模块27的GND端电线连接。型号为AMS1117_3.3V的稳压芯片U4的0号脚与电阻R3的一端电线连接，电阻R3的另一端和电容C19与电容C20的一端电线连接。型号为AMS1117_3.3V的稳压芯片U4的2号引脚与电容C18的一端相连，电容C18、电容C19与电容C20的另一端接稳压模块27的GND端，构成滤波电路。其中电阻R3为0欧，电容C18、电容C19与电容C20的大小分别为15uF、1uF和0.1uF。电阻R3与电容C19、电容C20的连接端VCC3.3V输出稳定的3.3V直流电压。稳压模块27电路中型号为AMS1117-3.3V的稳压芯片U4的1号引脚与射频前端模块7、2.4G无线射频模块8与主控制芯片6的GND端分别电线连接，稳压模块27中的VCC3.3V端与射频前端模块7、2.4G无线射频模块8与主控制芯片6的VCC3.3V端分别电线连接。
5.蓄电池充电模块
参阅图8，所述的蓄电池充电模块3的作用是将自身电能给射频前端模块7、主控制芯片6和2.4G无线射频模块8等用电部分供电。型号为TP4056的一款单节锂电池充电芯片U5，带电池正负极反接保护，采用恒定电压线性控制且具有过热保护，本技术方案中蓄电池可选用容量为500mA的5V锂电池Li-lon；
所述的蓄电池充电模块3包括型号为TP4056的单节锂电池充电芯片U5、锂电池Li-lon、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、LED灯2、电容C1与电容C2；
型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的4号引脚为供电端,8号引脚为选通端，将4号引脚与8号引脚同时与电阻R1的一端电线连接，电阻R1为0.4欧，电阻R1的另一端USB5V端接mini-USB接口4的正极。型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的7号引脚与电阻R4的一端电线连接，电阻R4的另一端与LED灯2的负极电线连接，LED灯2的正极与电容C1的一端电线连接，电容C1的另一端接稳压模块27的GND端，LED灯2的正极分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的4号引脚、8号引脚与电阻R2的一端电线连接，LED灯2的作用为装置剩余电量的指示，电阻R2的另一端分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的1号引脚、锂电池Li-lon的NTC端与电阻R5的一端电线连接，电阻R5的另一端分别接稳压模块27的GND端与锂电池Li-lon的BAT-端，电阻R2、电阻R5和电容C1的大小分别为1K、1K和10uF。型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的5号引脚分别和锂电池Li-lon的BAT+端与电容C2的一端电线连接，电容C2的另一端的USBGND端接mini-USB接口4的负极，电容C2为10uF。型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的2号引脚与电阻R6的一端电线连接，电阻R6的另一端接稳压模块27的GND端，电阻R6为1.2K。
6.mini-USB接口
所述的mini-USB接口4的内部引脚与蓄电池充电模块3电线连接，外部接口可连接充电器，从外部对蓄电池充电模块3进行充电；
本技术方案中选用ARTHYLY的型号为LJQ1021的mini-USB接口4，型号为LJQ1021的mini-USB接口4内部的正极与(图8中)蓄电池充电模块3电路中的USB5V端电线连接，型号为LJQ1021的mini-USB接口4内部的负极与(图8中)蓄电池充电模块3电路中的电容C2的接地端电线连接。
参阅图2和图3，所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置内部各零部件(模块)的具体位置与连接关系如下：
将蓄电池充电模块3用胶水粘接固定在固定板5中心处的1号矩形槽内，将蓄电池充电模块3中的LED灯2通过电线引出至固定板5一侧的开槽处，并用胶水粘接固定。将稳压模块27用胶水粘接固定在固定板5的2号矩形槽内，将稳压模块27中的电源按键28通过电线引出至LED灯2旁，并用胶水粘接固定。将mini-USB接口4的固定引脚焊接固定在固定板5上预留的覆铜固定区域。射频前端模块7、2.4G无线射频模块8与主控制芯片6等外围元器件均焊接在该PCB板9上，平面阵列天线11焊接在(图中7)射频前端模块7的背部。将固定板5与PCB板9分别用胶水粘接固定在外壳10内，3mini-USB接口4通过外壳10侧壁预留的开口露出外壳10。将上盖1与外壳10的周边连接处采用密封胶粘接固定，外壳10底部开有与平面阵列天线11大小相同的并对正的方孔，防止外壳10的底部遮挡平面阵列天线11，再将天线防护罩12与外壳10用胶水进行粘接固定，将无人飞行器手势交互装置的上盖1、天线防护罩12和外壳10连接在一起形成一个封闭的空间，将该无人飞行器手势交互装置的其它部分包围在其内部。
7.壳体
所述的壳体包括上盖1、固定板5、PCB板9、外壳10与天线防护罩12。
所述的外壳10为等直径的圆筒形结构件，外壳10的一端为开口式，另一端为封闭即设置有筒底，筒底的中心处设置有一个方通孔，方通孔的几何尺寸与平面阵列天线11大小相同，外壳10的侧壁上设置有一个等高的弧形通孔，即该弧形通孔由和外壳10回转轴线垂直的两平行平面及与外壳10回转轴线对称平行的四个平面切割所形成的长条形的主视图为矩形的通孔。
所述的固定板5圆形等厚的板类结构件，固定板5的直径等于外壳10的内径，在固定板5径向的两端对称地设置有两个结构相同的缺口，缺口的几何尺寸分别与LED灯2与mini-USB接口4的外形几何尺寸相等，用来固定LED灯2与mini-USB接口4。
所述的PCB板9为电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。将射频前端模块7、2.4G无线射频模块8与主控制芯片6等外围元器件印制在该PCB板9上，PCB板9上设有三个定位区域，用来分别放置射频前端模块7、2.4G无线射频模块8与主控制芯片6。
二.无人飞行器手势交互装置的装配方式：
参阅图9，通过上盖固定螺丝15与无人飞行器底部螺母14将无人飞行器手势交互装置16进行连接装配，并且向前30°倾斜装配。
三.无人飞行器手势控制交互装置的实现方法及其原理:
1.由主控制芯片6控制射频前端模块7发射频率为24GHz的雷达调制波，并由发射天线ANT_T将雷达调制波发射；
2.当雷达调制波到达操控者的手部后，一部分的雷达调制波信号被反射回来；
3.接收天线ANT_R1与ANT_R2接收被反射回来的雷达调制波信号，由于回波信号较弱，先由主控制芯片6将回波信号进行过滤放大，再将雷达调制回波信号与雷达发射调制波信号合并处理；
4.由主控制芯片6将合并处理的信号进行采样，进而转换为数字信号；
5.将处理过后的数字信号进行二维离散傅里叶变换，最后得到手部的位置延时和多普勒频移等信息，进而得到手部的距离和速度信息，由于接收天线为两个即接收天线ANT_R1与接收天线ANT_R2，通过比较雷达回波到达接收天线的相位差，可以计算出手部每个部位的到达角度，再配合距离信息就能实现对手部不同部位的空间定位；
6.得到手部的位置和运动信息后，主控制芯片6将对距离、速度及到达角度进行距离-多普勒映射，不同的手势产生的距离-多普勒映射不同，可以将不同手势设置为不同的控制命令；
7.将不同的操控指令通过2.4G无线射频模块8发射给无人飞行器13，从而对其进行手势交互控制。
通过增加傅里叶变换的采样点数可以提高测量数据的精度，由于主控制芯片6采用高速FPGA微控制芯片，增加傅里叶变换的采样点数对处理时间造成的影响可忽略不计。
距离-多普勒映射(RDM)算法可以将得到的距离、速度及到达角度信息进行映射，生成关于距离、速度及到达角度的三维映射图。实验表明，不同的手势产生的距离-多普勒映射图不同。从产生的距离-多普勒映射图中可以明显看出手势之间的差异是明显的，进行多次同一手势的测试结果有很多相似点。因此，可以将不同手势设置为不同的控制命令，从而对无人飞行机进行手势交互。
四.为进一步说明本发明的使用方式，具体手势交互步骤如下：
参阅图10-1至图10-10，操作者将手部朝向外壳10底部即可进行不同手势的操作控制；
所述的1号手势17为“收拢右手五指”，2号手势18为“顺时针转动右手食指”，3号手势19为“向左摆动右手手掌”，4号手势20为“向右摆动左手掌”，5号手势21为“向上摆动右手手掌”，6号手势22为“向下摆动右手手掌”，7号手势23为“向左滑动右手双指”，8号手势24为“向右滑动左手双指”，9号手势25为“右手握拳”，10号手势26为“分开右手两指”。
不同手势实现的操作功能如下：
1.通过手势交互装置的手势1实现启动无人飞行器，并且令其缓慢上升至默认2m的高度；
2.通过手势交互装置的手势2实现无人飞行器原地顺时针的旋转动作；
3.通过手势交互装置的手势3实现无人飞行器平行向左的飞行动作；
4.通过手势交互装置的手势4实现无人飞行器平行向右的飞行动作；
5.通过手势交互装置的手势5实现无人飞行器垂直向上的飞行动作；
6.通过手势交互装置的手势6实现无人飞行器垂直向下的飞行动作；
7.通过手势交互装置的手势7实现无人飞行器水平向前的飞行动作；
8.通过手势交互装置的手势8实现无人飞行器水平向后的飞行动作；
9.通过手势交互装置的手势9实现无人飞行器的安全降落，令其缓慢垂直降落至地面；
10.通过手势交互装置的手势10实现查看无人飞行器手势交互装置剩余电量。
Claims (6)
1.一种基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置包括蓄电池充电模块(3)、mini-USB接口(4)、主控制芯片(6)、射频前端模块(7)、2.4G无线射频模块(8)、壳体以及稳压模块(27)；
所述的壳体包括上盖(1)、固定板(5)、PCB板(9)、外壳(10)与天线防护罩(12)；
所述的蓄电池充电模块(3)、稳压模块(27)、稳压模块(27)中的电源按键(28)、蓄电池充电模块中的LED灯(2)与mini-USB接口(4)焊接固定在固定板(5)上，将PCB板(9)采用胶水粘接固定在固定板(5)的底面上，射频前端模块(7)、2.4G无线射频模块(8)与主控制芯片(6)均焊接在PCB板(9)上，平面阵列天线(11)焊接在射频前端模块(7)的背部，将固定板(5)与PCB板(9)用胶水粘接固定在外壳(10)内，平面阵列天线(11)从外壳(10)的筒底上的方通孔中伸出，3mini-USB接口(4)通过外壳(10)侧壁上设置的开口伸出；上盖(1)安装在外壳(10)的壳口处并采用密封胶固定，天线防护罩(12)扣在平面阵列天线(11)周围的筒底上，并采用胶水将天线防护罩(12)与外壳(10)的筒底进行固定；
所述的2.4G无线射频模块(8)与主控制芯片(6)电线连接，射频前端模块(7)与主控制芯片(6)电线连接，mini-USB接口(4)与蓄电池充电模块(3)电线连接，蓄电池充电模块(3)通过稳压模块(27)和射频前端模块(7)、主控制芯片(6)与2.4G无线射频模块(8)电线连接。
2.按照权利要求1所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的2.4G无线射频模块(8)与主控制芯片(6)电线连接是指：
所述的2.4G无线射频模块(8)中包括型号为LT8900的无线收发芯片U2，型号为LT8900的无线收发芯片U2的1号引脚、14号引脚与15号引脚依次和主控芯片(6)中的微处理器芯片U3的P3引脚、R3引脚与R1引脚电线连接。
3.按照权利要求1所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的射频前端模块(7)与主控制芯片(6)电线连接是指：
所述的射频前端模块(7)包括微型雷达传感器芯片与阵列天线；
所述的微型雷达传感器芯片选用型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1，阵列天线包括发射天线ANT_T和接收天线ANT_R1与ANT_R2；
所述的发射天线ANT_T与型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的TX端电线连接，接收天线ANT_R1与ANT_R2依次和型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的RX1端与RX2端电线连接；
型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的SPI_CS端、SPI_CLK端与SPI_MOSI端分别和主控制芯片(6)中的芯片U3的P1引脚、P2引脚与M1引脚电线连接，型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCO端与主控芯片(6)中的芯片U3的M2引脚电线连接，型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的IF1I端、IF1Q端、IF2I端与IF2Q端分别与主控制芯片(6)中的芯片U3的L1引脚、L2引脚、K1引脚与K2引脚电线连接。
4.按照权利要求1所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的蓄电池充电模块(3)通过稳压模块(27)和射频前端模块(7)、主控制芯片(6)与2.4G无线射频模块(8)电线连接是指：
所述的蓄电池充电模块(3)包括型号为TP4056的单节锂电池充电芯片U5、锂电池Li-lon、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、LED灯(2)、电容C1与电容C2；
所述的型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的7号引脚与电阻R4的一端电线连接，电阻R4的另一端与LED灯(2)的负极电线连接，LED灯(2)的正极与电容C1的一端电线连接，电容C1的另一端连接稳压模块(27)的GND端；
LED灯(2)的正极分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的4号引脚、8号引脚与电阻R2的一端电线连接，电阻R2的另一端分别和型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的1号引脚、锂电池Li-lon的NTC端与电阻R5的一端电线连接，电阻R5的另一端接稳压模块(27)的GND端；
型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的5号引脚分别和锂电池Li-lon的BAT+端与电容C2的一端电线连接，电容C2的另一端接稳压模块(27)的GND端；型号为TP4056的锂电池充电芯片U5的2号引脚与电阻R6的一端电线连接，电阻R6的另一端接稳压模块(27)的GND端；
稳压模块(27)和射频前端模块(7)、主控制芯片(6)与2.4G无线射频模块(8)电线连接。
5.按照权利要求4所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的稳压模块(27)和射频前端模块(7)、主控制芯片(6)与2.4G无线射频模块(8)电线连接是指：
所述的稳压模块(27)电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的VCC3.3V端与1号引脚依次和射频前端模块(7)中的型号为BGT24MTR12的雷达传感器芯片U1的VCC端与GND端电线连接；
所述的稳压模块(27)电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚与稳压模块(27)电路中的VCC3.3V端依次和主控制芯片(6)中的VCC3.3V端与GND端电线连接；
所述的稳压模块(27)电路中的型号为AMS1117-3.3V的芯片U4的1号引脚与稳压模块(27)电路中的VCC3.3V端依次和2.4G无线射频模块(8)的GND端与VCC3.3V端电线连接。
6.按照权利要求1所述的基于RDM算法的无人飞行器手势交互装置,其特征在于，所述的mini-USB接口(4)与蓄电池充电模块(3)电线连接是指：
所述的mini-USB接口(4)的内部与蓄电池充电模块(3)电线连接，外部连接从外部对蓄电池充电模块(3)充电的充电器；即：
所述的mini-USB接口(4)的内部正极与蓄电池充电模块(3)电路中的USB5V端电线连接，mini-USB接口(4)的内部负极与蓄电池充电模块(3)电路中的电容C2的接地端电线连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170721 |