CN111552387A - 低成本毫米波手势识别实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了低成本毫米波手势识别实现方法及其系统。低成本毫米波手势识别实现方法，用于识别一待测运动目标，包括以下步骤：步骤S1：两个微波模块根据可调的探测角度分别设置对应的探测区域，使得所述两个微波模块的探测区域部分重叠；步骤S2：一信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号；步骤S3：所述信号处理模块根据所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。本发明公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，与现有毫米波方案比低成本、探测范围大，易于推广；与红外方案比，对周围坏境要求低，温度适应性强，易于安装，不需要开孔。
Description
技术领域
本发明属于智能家居领域，具体涉及一种低成本毫米波手势识别实现方法和一种低成本毫米波手势识别实现系统。
背景技术
公开号为CN105353876B，主题名称为基于多点光感的空间手势识别控制系统的发明专利，其技术方案公开了“依次连接的红外阵列模块、模数转换模块、数据缓存器以及主处理器，还包括与所述主处理器连接的LED驱动模块，与所述LED驱动模块连接的红外发射管；所述主处理器包括曲线生成单元以及与所述曲线生成单元连接的学习单元和控制指令匹配单元，所述曲线生成单元还与所述数据缓存器连接；所述红外阵列模块包括呈“十”字形分布的四个红外传感器，所述四个红外传感器均与所述模数转换模块连接，其中：所述LED驱动模块，用于驱动所述红外发射管向用户的手势操作方向发射特定波长的红外光；所述四个红外传感器，用于采集所述手势操作方向反射回来的红外光信号，并按照同步的时钟信号将采集到的红外光信号发送至模数转换模块；所述模数转换模块，用于对所述四个红外传感器采集的红外光信号进行数字化处理后输出四路数字采样信号至所述数据缓存器；所述数据缓存器，用于接收所述四路数字采样信号，并按照先进先出的原则将所述四路数字采样信号发送至所述主处理器；所述曲线生成单元，用于根据所述四路数字采样信号将所述四个红外传感器采集到的红外光信号强度的变化趋势拟合成四条曲线；所述学习单元，用于预先学习并存储不同的手势所对应的特征曲线模板；所述控制指令匹配单元，用于根据所述四条曲线和所述特征曲线模板识别出用户的手势，并根据用户的手势输出相应的控制指令；所述曲线生成单元包括与所述数据缓存器连接的预处理子单元，所述预处理子单元用于：从数字缓存器输出的队列中取出与所述四个红外传感器相对应的四路数据采样信号，并对同一时间点上的四个红外传感器数据做差值比对分析，将超出设定差值的红外传感器数据视为异常，并采用相邻时间点上的相应传感器数据做平滑处理”。
以上述发明专利为例，现有的手势识别综合解决方案，多采用红外传感器。然而，红外传感器需要在电器上开孔，对温度要求敏感，探测区域过窄，在厨房、卫生间等领域应用受到诸多限制。此外，如采用77G毫米波手势识别方案，则成本过高，不适合在智能家居领域推广应用。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种低成本毫米波手势识别实现方法和一种低成本毫米波手势识别实现系统。
本发明专利申请公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其主要目的在于，降低手势识别综合解决方案的物料成本和使用成本，有助于市场推广。
本发明专利申请公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其另一目的在于，可主要应用于智能家居领域，并且针对厨房、卫生间等家居区域做出优化，有助于提升识别效果。
本发明专利申请公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其另一目的在于，降低布设位置的限制，不再要求将微波模块设置于电器的外壳处，可以根据需求灵活布设微波模块。
本发明专利申请公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其另一目的在于，降低对于环境温度的敏感度，不再要求将微波模块置于特定温度的环境或者专为微波模块提供特定的工作环境，可以根据需求灵活布置微波模块。
本发明专利申请公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其另一目的在于，通过设置探测区域部分重叠的两个微波模块，当待测运动目标进入所述两个微波模块覆盖的探测区域时，信号处理模块可以根据两个微波模块输出信号的先后顺序进而判断待测运动目标的来向。
本发明采用以下技术方案，所述低成本毫米波手势识别实现方法，用于识别一待测运动目标，包括以下步骤：
步骤S1：两个微波模块根据可调的探测角度分别设置对应的探测区域，使得所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
步骤S2：一信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号；
步骤S3：所述信号处理模块根据所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
本发明专利申请还公开了一种低成本毫米波手势识别实现系统，用于识别一待测运动目标，包括：
两个微波模块，每个微波模块根据可调的探测角度具有对应的探测区域，并且所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
一信号处理模块，所述信号处理模块相互独立地与所述两个微波模块电性连接，所述信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号，所述信号处理模块根据所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，每个微波模块包括一24GHz毫米波电路和与所述24GHz毫米波电路电性连接的一传感信号处理电路。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述24GHz毫米波电路发射和接收一24Ghz毫米波信号，当所述24GHz毫米波电路探测到一待测运动目标时，所述24GHz毫米波电路输出与上述待测运动目标对应的中频信号，位于同一微波模块的所述传感信号处理电路获取所述中频信号，所述传感信号处理电路将所述中频信号进行预处理后判断是否超出判决门限，如果判断成功则输出该微波模块的高电平信号，所述信号处理模块获取来自所述两个微波模块的两个高电平信号，所述信号处理模块根据所述两个高电平信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述传感信号处理电路的预处理包括对于所述中频信号的放大、数模转换。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述24GHz毫米波电路包括SGR SRK1101A芯片，所述传感信号处理电路包括BISS0001芯片，所述信号处理模块包括STM32F030C6T芯片。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述24GHz毫米波电路还包括两组收发天线，每组收发天线具有不同的探测角度(值得一提的是，此处收发天线的探测角度，是指收发天线在设计完成后探测角度已被固定，但是在设计收发天线时可根据实际需要设计不同探测角度的收发天线)，所述收发天线的板材采用FR4。
本发明专利申请还公开了一种厨房抽油烟机，包括以上任一种技术方案公开的低成本毫米波手势识别实现系统。
本发明专利申请还公开了一种卫生间马桶，包括以上任一种技术方案公开的低成本毫米波手势识别实现系统。
本发明专利申请还公开了一种闸机，包括以上任一种技术方案公开的低成本毫米波手势识别实现系统。
本发明公开的低成本毫米波手势识别实现方法及其系统，其有益效果在于，与现有毫米波方案比低成本、探测范围大，易于推广；与红外方案比，对周围坏境要求低，温度适应性强，易于安装，不需要开孔。
附图说明
图1是本发明的手势识别示意图。
图2是本发明的电路原理图(部分)。
具体实施方式
本发明公开了一种低成本毫米波手势识别实现方法和一种低成本毫米波手势识别实现系统，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1和图2，图1示出了低成本毫米波手势识别实现方法及其系统的识别过程，图2示出了低成本毫米波手势识别实现方法及其系统的内部电路，包括微波模块的(部分)内部电路和信号处理模块的(部分)内部电路。
优选实施例。
优选地，所述低成本毫米波手势识别实现系统，用于识别一待测运动目标，包括：
两个(相同的)微波模块，每个微波模块根据可调的探测角度具有对应的探测区域，并且所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
一信号处理模块，所述信号处理模块相互独立地与所述两个微波模块电性连接，所述信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号，所述信号处理模块根据(由所述两个微波模块分别先后输出的)所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
进一步地，每个微波模块(均)包括一24GHz毫米波电路和与所述24GHz毫米波电路电性连接的一传感信号处理电路(需要说明的是，内置于微波模块的传感信号处理电路不同于独立于微波模块的信号处理模块)。
其中，所述24GHz毫米波电路发射和接收一24Ghz毫米波信号，当所述24GHz毫米波电路探测到一待测运动目标时，所述24GHz毫米波电路输出与上述待测运动目标对应的(第一中间输出信号的)中频信号。位于同一微波模块的所述传感信号处理电路获取所述中频信号，所述传感信号处理电路将所述中频信号进行预处理后判断是否超出判决门限，如果判断成功(超出判断门限)则输出该微波模块的高电平信号，否则保持输出缄默，或者输出除高电平信号之外的其他特征信号(不输出高电平信号)。
其中，所述传感信号处理电路的预处理包括对于所述中频信号的放大、数模转换等处理过程。
进一步地，所述信号处理模块获取来自所述两个微波模块的两个高电平信号，所述信号处理模块根据所述两个高电平信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
值得一提的是，所述24GHz毫米波电路优选包括SGR SRK1101A芯片(低成本24GHz毫米波芯片)。
值得一提的是，所述待测运动目标可以被具体实施为一运动手势。
值得一提的是，所述传感信号处理电路优选包括BISS0001芯片。
值得一提的是，所述信号处理模块优选包括STM32F030C6T芯片，通过串口TX(pin12)、RX(13)或者GPIO(pin25、pin26)与主机进行通信。
值得一提的是，所述24GHz毫米波电路还包括两组收发天线，每组收发天线具有不同的探测角度(值得一提的是，此处收发天线的探测角度，是指收发天线在设计完成后探测角度已被固定，但是在设计收发天线时可根据实际需要设计不同探测角度的收发天线)，以便覆盖不同的探测区域，具有更加精准的指向性。
其中，所述收发天线的板材优选采用FR4。
值得一提的是，所述微波模块的探测区域除了与不同的探测角度相关，探测区域的探测距离还与所述传感信号处理电路的放大倍数相关，增益越大，探测距离也就越远。
值得一提的是，本实施例公开的低成本毫米波手势识别实现系统还可被应用于(加装于或者出厂预置于)厨房抽油烟机、卫生间马桶、闸机等处。
其中，厨房抽油烟机：消费者手上有油时希望非接触式来控制抽油烟机风量、开关等；可以将本发明集成到前端面板解决客户痛点。另外非接触式不需要反复洗手，节省水资源。
其中，卫生间马桶：特别是在公共区域，消费者希望马桶翻盖、冲水等功能都是非接触式的，挥几次手，挥手方向来定义不同功能。
其中，闸机：可用于人数统计，在闸机口安装，输出一次方向可认为是有一个目标经过。
第一实施例。
优选地，所述低成本毫米波手势识别实现方法，用于识别一待测运动目标，包括以下步骤：
步骤S1：两个微波模块根据可调的探测角度分别设置对应的探测区域，使得所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
步骤S2：一信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号；
步骤S3：所述信号处理模块根据(由所述两个微波模块分别先后输出的)所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
进一步地，每个微波模块(均)包括一24GHz毫米波电路和与所述24GHz毫米波电路电性连接的一传感信号处理电路(需要说明的是，内置于微波模块的传感信号处理电路不同于独立于微波模块的信号处理模块)。
其中，所述24GHz毫米波电路发射和接收一24Ghz毫米波信号，当所述24GHz毫米波电路探测到一待测运动目标时，所述24GHz毫米波电路输出与上述待测运动目标对应的(第一中间输出信号的)中频信号。位于同一微波模块的所述传感信号处理电路获取所述中频信号，所述传感信号处理电路将所述中频信号进行预处理后判断是否超出判决门限，如果判断成功(超出判断门限)则输出该微波模块的高电平信号，否则保持输出缄默，或者输出除高电平信号之外的其他特征信号(不输出高电平信号)。
其中，所述传感信号处理电路的预处理包括对于所述中频信号的放大、数模转换等处理过程。
进一步地，所述信号处理模块获取来自所述两个微波模块的两个高电平信号，所述信号处理模块根据所述两个高电平信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
值得一提的是，所述24GHz毫米波电路优选包括SGR SRK1101A芯片(低成本24GHz毫米波芯片)。
值得一提的是，所述待测运动目标可以被具体实施为一运动手势。
值得一提的是，所述传感信号处理电路优选包括BISS0001芯片。
值得一提的是，所述信号处理模块优选包括STM32F030C6T芯片，通过串口TX(pin12)、RX(13)或者GPIO(pin25、pin26)与主机进行通信。
值得一提的是，所述24GHz毫米波电路还包括两组收发天线，每组收发天线具有不同的探测角度(值得一提的是，此处收发天线的探测角度，是指收发天线在设计完成后探测角度已被固定，但是在设计收发天线时可根据实际需要设计不同探测角度的收发天线)，以便覆盖不同的探测区域，具有更加精准的指向性。
其中，所述收发天线的板材优选采用FR4。
值得一提的是，所述微波模块的探测区域除了与不同的探测角度相关，探测区域的探测距离还与所述传感信号处理电路的放大倍数相关，增益越大，探测距离也就越远。
值得一提的是，本实施例公开的低成本毫米波手势识别实现系统还可被应用于(加装于或者出厂预置于)厨房抽油烟机、卫生间马桶、闸机等处。
其中，厨房抽油烟机：消费者手上有油时希望非接触式来控制抽油烟机风量、开关等；可以将本发明集成到前端面板解决客户痛点。另外非接触式不需要反复洗手，节省水资源。
其中，卫生间马桶：特别是在公共区域，消费者希望马桶翻盖、冲水等功能都是非接触式的，挥几次手，挥手方向来定义不同功能。
其中，闸机：可用于人数统计，在闸机口安装，输出一次方向可认为是有一个目标经过。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的24GHz毫米波电路的天线的具体选型等应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低成本毫米波手势识别实现方法，用于识别一待测运动目标，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：两个微波模块根据可调的探测角度分别设置对应的探测区域，使得所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
步骤S2：一信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号；
步骤S3：所述信号处理模块根据所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
2.根据权利要求1所述的低成本毫米波手势识别实现系统，用于识别一待测运动目标，其特征在于，包括：
两个微波模块，每个微波模块根据可调的探测角度具有对应的探测区域，并且所述两个微波模块的探测区域部分重叠；
一信号处理模块，所述信号处理模块相互独立地与所述两个微波模块电性连接，所述信号处理模块相互独立地获取由所述两个微波模块分别先后输出的两个输出信号，所述信号处理模块根据所述两个输出信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
3.根据权利要求2所述的低成本毫米波手势识别实现系统，其特征在于，每个微波模块包括一24GHz毫米波电路和与所述24GHz毫米波电路电性连接的一传感信号处理电路。
4.根据权利要求3所述的低成本毫米波手势识别实现系统，其特征在于，所述24GHz毫米波电路发射和接收一24Ghz毫米波信号，当所述24GHz毫米波电路探测到一待测运动目标时，所述24GHz毫米波电路输出与上述待测运动目标对应的中频信号，位于同一微波模块的所述传感信号处理电路获取所述中频信号，所述传感信号处理电路将所述中频信号进行预处理后判断是否超出判决门限，如果判断成功则输出该微波模块的高电平信号，所述信号处理模块获取来自所述两个微波模块的两个高电平信号，所述信号处理模块根据所述两个高电平信号的先后顺序判断上述待测运动目标的来向。
5.根据权利要求4所述的低成本毫米波手势识别实现系统，其特征在于，所述传感信号处理电路的预处理包括对于所述中频信号的放大、数模转换。
6.根据权利要求3所述的低成本毫米波手势识别实现系统，其特征在于，所述24GHz毫米波电路包括SGR SRK1101A芯片，所述传感信号处理电路包括BISS0001芯片，所述信号处理模块包括STM32F030C6T芯片。
7.根据权利要求3所述的低成本毫米波手势识别实现系统，其特征在于，所述24GHz毫米波电路还包括两组收发天线，每组收发天线具有不同的探测角度，所述收发天线的板材采用FR4。
8.一种厨房抽油烟机，其特征在于，包括如权利要求2-7中任一项权利要求所述的低成本毫米波手势识别实现系统。
9.一种卫生间马桶，其特征在于，包括如权利要求2-7中任一项权利要求所述的低成本毫米波手势识别实现系统。
10.一种闸机，其特征在于，包括如权利要求2-7中任一项权利要求所述的低成本毫米波手势识别实现系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200818 |
|
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