CN219997552U - 基于手势识别的串行接口设备数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，涉及数据传输领域，包括手势识别传感器、数据网关、数据存储器、上位机和多个检测仪器，其中，手势识别传感器与数据网关连接，用于识别手势并确定对应的手势指令，并将指令传输至数据网关；数据网关分别与上位机和多个检测仪器连接，用于依据手势指令确定设备控制信号并将信号分发至多个检测仪器，以及，接收汇总多个检测仪器回传的设备数据并将设备数据上传至上位机；数据存储器与数据网关连接，用于存储数据网关上传的设备数据。本申请方案通过手势传感器和数据网关的结合，能统一采集多种检测仪器的设备数据，在高通量样品检测环境下通过手势识别控制传输数据，提高了实验人员的工作效率。

Description

基于手势识别的串行接口设备数据传输系统

技术领域

本实用新型属于数据传输技术领域，具体涉及一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统。

背景技术

随着检验检测行业发展，检验检测实验室业务量增大，检测样品通量高。多种大小型设备运行于实验室中，设备操作方式、数据格式随着仪器的不同而在变化。目前具备串行接口进行数据传输的实验室检测仪器，实验人员需通过按下或触摸实验室设备按钮操作设备进行数据传输。在高通量样品检测环境下操作繁琐，并且检测仪器所传输数据为单一结构化数据，实验人员无法对多条数据进行统一化的采集。

公开号为CN107589832A的发明专利，其通过光电感应采集隔空手势图像；对所述手势图像处理分析，完成手势识别；输出相应操作指示至终端设备。提供了一种基于光电感应的隔空手势识别控制装置，包括：图像采集模块、图像处理模块、MCU、红外发光二极管，所述图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，所述图像处理模块的输出端与MCU的输入端连接。该方案实现了以隔空手势识别与控制应用的非接触式人机交互方式，去除了人机交互时的繁琐配置与复杂处理，降低了外部环境因素干扰，提高了检测灵敏度，改善了用户体验，增强了隔空手势识别与处理的实用性与可靠性。然而该方案在高通量样品检测环境下，仪器传输数据单一无法聚合，有待进一步改进。

公开号为CN102854983B的发明专利，提供了一种基于手势识别的人机交互方法，首先通过摄像头拍摄手势图像视频流，将视频流转化为图像帧；接着从图像中根据特定的算法提取出手势的形状和特征，以及位置信息，建立分类准则对手势进行识别；再根据手势形状和位置进行坐标或者动作命令映射得到一定的系统命令，然后根据需求驱动特定的系统动作模拟系统鼠标事件，进行人机交互。该方案基于手势识别的人机交互方式可替代传统的鼠标操作，可以广泛应用在餐饮购物、娱乐活动、或者是会议大屏演示等场景下，增强人机之间互动性。然而该方案采用摄像头+手势数据建模的方式实现手势识别和控制，存在无法高效实施、用户成本较高的问题。同时由于选用了摄像头抓取图像方式进行识别，在手势识别过程易受到环境光干扰，在低光、微光、黑暗环境下识别效率低或无法识别，需要进一步改进。

实用新型内容

为解决上述现有技术的不足，本实用新型提供了基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，有助于解决目前具备串行接口的检测仪器在高通量样品检测情况下，操作繁琐、仪器传输数据单一无法汇总聚合的问题。

为达成以上目的，本申请采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，包括：

手势识别传感器、数据网关、数据存储器、上位机和多个检测仪器，其中，

所述手势识别传感器与所述数据网关连接，用于识别目标手势并确定所述目标手势对应的手势指令，将所述手势指令传输至所述数据网关；

所述数据网关分别与所述上位机和多个检测仪器连接，用于依据所述手势指令确定设备控制信号，并将所述设备控制信号分发至多个检测仪器，以及，接收汇总多个检测仪器回传的设备数据并将所述设备数据上传至所述上位机；

所述数据存储器与所述数据网关连接，用于存储所述数据网关上传的设备数据。

进一步地，所述数据网关包括MCU模组、数据下载电路和稳压器；MCU模组分别与数据下载电路和稳压器连接；所述手势识别传感器的输出端与MCU模组连接。

进一步地，所述MCU模组具体为WIFI单片机。

进一步地，所述数据下载电路具体包括串口芯片和三极管，串口芯片通过三极管连接所述MCU模组。

进一步地，所述手势识别传感器具体包括光学传感器阵列模块、时钟振荡电路、寄存器组、LED驱动器、红外LED、红外接收模块和手势识别控制芯片；寄存器组分别连接手势控制芯片、红外接收模块和时钟振荡电路；时钟振荡电路的输出端分别连接LED驱动器和光学传感器阵列模组；红外LED与LED驱动器连接；光学传感器阵列模组的输出端连接红外接收模块；红外接收模块的输出端连接手势识别控制芯片。

进一步地，所述数据存储器具体为数据网关SD卡、数据网关CF卡、光盘存储器和磁盘存储器中的一种或多种。

进一步地，所述数据网关还包括外部接口，用于接入外部模块。

进一步地，所述数据网关还包括供电模块，供电模块与所述稳压器连接。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请方案提供的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其包括手势识别传感器、数据网关、数据存储器、上位机和多个检测仪器，其中，所述手势识别传感器与所述数据网关连接，用于识别目标手势并确定所述目标手势对应的手势指令，将所述手势指令传输至所述数据网关；所述数据网关分别与所述上位机和多个检测仪器连接，用于依据所述手势指令确定设备控制信号，并将所述设备控制信号分发至多个检测仪器，以及，接收汇总多个检测仪器回传的设备数据并将所述设备数据上传至所述上位机；所述数据存储器与所述数据网关连接，用于存储所述数据网关上传的设备数据。在该设置下，系统通过手势识别传感器识别出实验人员的手势来确定相应的手势指令，并将手势指令传输到数据网关，数据网关根据手势指令确定对应的设备控制信号分发至不同的检测仪器，汇总接收多个检测仪器回传的当前的设备信息并将设备信息上传至上位机，同时将设备信息存储在数据存储器中。本申请方案通过手势传感器来识别出实验人员的手势操作指令，并通过数据网关将指令对应的控制信号进行分发，缓解了当前检测仪器人机交互操作繁琐的问题。同时通过手势识别传感器、数据网关和检测仪器之间的信号传递，利用数据网关统一向多个检测仪器发生控制信号，并统一接收多种检测仪器回传的设备数据，在高通量样品检测环境下能实现通过手势识别统一采集多个设备数据，提高了实验人员的工作效率，有助于解决现有实验室检测仪器在高通量样品检测情况下，仪器传输数据单一无法汇总聚合的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是根据一实施例示出的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统原理框图；

图2是根据一实施例示出的数据网关模块示意图；

图3是根据一实施例示出的MCU模组电气结构图；

图4是根据一实施例示出的DC/DC稳压器电气结构图；

图5是根据一实施例示出的数据下载电路电气结构图；

图6是根据一实施例示出的手势识别传感器模块示意图；

附图1中：1-检测仪器，2-手势识别传感器，3-数据网关，4-上位机，5-数据存储器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

本申请方案中，传统的手势识别需要采用摄像头+手势数据建模的方式实现，无法高效实施、降低用户成本。由于选用了摄像头抓取图像方式进行识别，识别受到环境光干扰，在低光、微光、黑暗环境下识别效率低或无法识别。在设备控制方面只实现了对控制设备开关机，未针对串口设备实现设备间互联互通、数据传输。因此本申请方案针对这一问题设计了一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统原理框图。如图1所示，该系统包括：

手势识别传感器2、数据网关3、数据存储器5、上位机4和多个检测仪器1(附图1中仅示例性的给出了一个检测仪器)。其中，

所述手势识别传感器2与所述数据网关3连接，用于识别目标手势并确定所述目标手势对应的手势指令，将所述手势指令传输至所述数据网关3；

所述数据网关3分别与所述上位机4和多个检测仪器1连接，用于依据所述手势指令确定设备控制信号，并将所述设备控制信号分发至多个检测仪器1，以及，接收汇总多个检测仪器1回传的设备数据并将所述设备数据上传至所述上位机4；

所述数据存储器5与所述数据网关3连接，用于存储所述数据网关3上传的设备数据。

进一步地，本申请方案中的上位机4具体为中控计算机、网络服务器和远程控制终端中一种或多种，其主要用于通过通信网络接收数据网关3上传的设备数据，如WiFi通信网络、蓝牙通信网络、4G/5G通信网络等。

在本申请方案的进一步应用过程中，上位机4可对数据网关3上传的设备进行汇聚，生成相应的文件，如xisx、csv等结构化数据合集文件，便于实验人员对设备数据进行分析。

参照图2所示，本申请方案中，所述数据网关3包括MCU模组、数据下载(烧录)电路和稳压器；MCU模组分别与数据下载电路和稳压器连接；所述手势识别传感器2的输出端与MCU模组连接。

在具体实践过程中，稳压器主要采用DC/DC稳压器来对外部电源进行稳压处理。MCU模组则主要用于实现手势识别传感器2、数据存储器5和检测仪器1之前数据采集、数据交换和数据存储处理。数据下载电路则用于烧录程序脚本。本申请MCU模组中程序脚本功能可采用现有数据网关功能实现，如申请号为CN202121549630.6的专利申请公开的一种具有数据采集存储功能的网关，该方案能够实现信号/数据接收、数据处理和输出转发等功能。此外，也可通过数据下载电路将设计的软件程序烧录至MCU模组中，由于相关软件功能在现有技术均有记载，且也不是本申请的改进方向，在此不再赘述。

其中，参照图3所示，本申请方案数据网关3中的MCU模组具体采用WIFI单片机实现，WIFI单片机引出了适配I2C、SPI、URAT协议的IO口，同时还引出了连接手势识别传感器2的I2SCL、I2SDA、3V3、GND针脚，以及连接数据存储器5的SDCS、MOSI、SCLK、MISO针脚。同时除了引出手势传感器针脚，还一并将模组IO口全部引出作为外部接口，并以排线针脚方式供外部模块接入。接入外部模块后，可针对不同模块参数要求进行编程，实现网关可扩展性。数据网关3通过引出IO口和多个引脚，实现对手势识别传感器2、数据网关SD卡、RS232接口的控制，包括数据采集和指令下发，并通过WIFI网络使用HTTP协议往指定网络服务器传输数据。

参照图4所示，DC/DC稳压器采用型号为SY8089A1AAC的DC/DC稳压器对数据网关3接入的电源进行稳压，其通过EN引脚接入5V电源并进行降压处理，最后输出3.3V电压。检测仪器1都是通过串行接口进行数据传输的设备，本申请方案中称为串口设备。

进一步地，在一个实施例中，数据存储器5具体为数据网关SD卡、数据网关CF卡、光盘存储器和磁盘存储器中的一种或多种，具体可根据实际需求进行选择。

具体实践过程中，本申请的数据存储器5具体采用数据网关SD卡进行数据存储，数据网关SD卡通过电路板导线方式与数据网关3中内置的SD卡引脚连接，便于数据网关存储设备数据。

进一步地，在一个实施例中，本申请串行接口设备数据传输系统还包括供电模块，其与所述稳压器连接，主要为数据网关3和手势识别传感器2供电。

具体实践过程中，供电模块采用5V电压的直流进行供电，数据网关3通过USB口进行供电，5V电压经过DC/DC SY8089A1AAC降压电源，由5V降至3.3V，为MCU模组、数据下载电路、手势传感器、外置的传感器等器件进行供电；MCU模组通电3.3V电源后直接启动，运行烧录在模组中的程序。

进一步地，在本实施例中，参照图5，数据下载电路具体包括CH340C串口芯片和三极管，CH340C串口芯片通过三极管连接所述MCU模组(即WIFI单片机)。数据下载电路主要是将外部的程序写入或烧录到MCU模组中，因此数据下载电路也称数据烧录电路。本申请方案，数据下载(烧录)电路选用CH340C串口芯片，通过三极管控制MCU模组的io0和en针脚将电平拉低，MCU模组进入烧录模式。开发电脑通过串口烧录软件将编写好的MCU固件烧录至模组中。

进一步地，参照图6，所述手势识别传感器2具体包括光学传感器阵列模块、时钟振荡电路、寄存器组、LED驱动器、红外LED(IR LED)、红外接收模块和手势识别控制芯片；寄存器组分别连接手势控制芯片、红外接收模块和时钟振荡电路；时钟振荡电路的输出端分别连接LED驱动器和光学传感器阵列模组；LED驱动器与红外LED连接；光学传感器阵列模组的输出端连接红外接收模块；红外接收模块的输出端连接手势识别控制芯片。此外，还可以在手势识别传感器2中单独设立电源模块，用于为整个传感器供电，提高传感器的安装便捷性。寄存器组通过I2C接口的SCL引脚和SDA引脚与数据网关中的MCU模组连接。

进一步地，在一个实施例中，本申请方案中的手势识别传感器2具体采用PAJ7620U2手势识别传感器2进行手势识别和控制，PAJ7620U2手势识别传感器2是一款以I2C通信的3D手势识别交互式传感器。工作电流仅3.5mA,手势识别距离达20mm。在最远20cm范围内，可以识别的手势多达13种。该手势传感器具备良好的手势识别稳定性，反应快，准确率高，可识别多种手势。支持两种手势识别模式，高速模式(可识别9种)和低速模式(可识别13种)。支持用户自定义识别手势。PAJ7620U2手势识别传感器2工作时通过内部LED驱动器，驱动红外LED向外发射红外线信号，当传感器阵列在有效的距离中探测到物体时，目标信息提取阵列会对探测目标进行特征原始数据的获取，采集到的数据被保存在寄存器中，同时手势识别阵列会对原始数据进行识别处理，最后将手势结果(手势指令)存到寄存器组中。

具体的，本申请手势识别传感器2中内置的LED驱动器集成了环境光和光源抑制滤波器，模块基本不受环境光干扰，使得可以在低光、微光、黑暗环境下进行识别。

具体的，本申请方案中的手势识别传感器2内置上，下，左，右，前，后，顺时针，逆时针，快速挥手等9种手势，数据网关3接收到手势指令后确定对应的串口设备控制指令(信号)，采集检测仪器1的设备信息。PAJ7620U2传感器采用红外LED方式识别5-15CM范围内动作手势，可在底光、微光、黑暗环境下工作。

具体实践过程中，PAJ7620U2手势识别传感器2通过杜邦线或排线方式连接至数据网关3，数据网关3通过读取手势传感器中0x43/0x44寄存器地址位获取手势信息对应的手势指令，该过程具体为：当地址中存储的数据为"GES_RIGHT_FLAG"时当前动作手势为从右至左移动；当地址中存储的数据为"GES_LEFT_FLAG"时当前动作手势为从左至右移动；当地址中存储数据为"GES_UP_FLAG"时当前手势向上移动；当地址中存储数据为"GES_DOWN_FLAG"时当前手势向下移动；当地址中存储数据为"GES_FORWARD_FLAG"时当前手势向前移动；当地址中存储数据为"GES_BACKWARD_FLAG"时当前手势向后移动；当地址中存储数据为"GES_CLOCKWISE_FLAG"时当前手势为顺时针旋转；当地址中存储数据为"GES_COUNT_CLOCKWISE_FLAG"时当前手势为逆时间旋转；当0x44地址存储数据为"GES_WAVE_FLAG"时当前手势为快速挥手。

在本申请的进一步应用过程中，可为每种手势指令设置对应的设备控制信号(指令)，如，顺时针挥动手势对应采集检测仪器1设备数据并上传，快速挥手时对应开启/关闭检测仪器1等，具体可根据实际需求进行设置，本申请在此不再赘述。

进一步地，当用户在手势识别传感器前顺时针挥动手势时，触发数据上传条件，传感器下发手势指令，数据网关3通过RS232串行接口获取串口设备当前的设备信息，将设备信息通过HTTP协议POST方法推送至上位机4，数据为标准JSON格式数据；并将推送数据写入数据网关SD卡中形成CSV文件。

进一步地，当用户在手势识别传感器前快速挥手时，触发仪器关闭/开启指令，传感器下发手势控制指令，数据网关3通过RS232接口下发设备关闭/开启指令，检测仪器设备串口收到指令后仪器关闭/开启。

此外，除可设置数据上传与仪器开关机基础命令，也可通过编程方式对单片机进行编程设置多种自定义命令条件。

本申请方案采用手势识别传感器2与单片机结合，通过单片机串行接口与检测仪器1串行接口对接，手势识别传感器2识别实验人员手势并通过单片机下发指令至仪器。在高通量样品检测环境下通过手势识别可提高实验人员工作效率；当检测仪器1收到指令后，将数据返回给单片机，单片机将多条数据通过WIFI网络使用HTTP协议传输至中控计算机4中汇总聚合成数据合集，解决了在具备串行接口检测仪器1在高通量样品检测下，操作繁琐、仪器传输数据单一无法汇总聚合的问题。

在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，包括：

手势识别传感器、数据网关、数据存储器、上位机和多个检测仪器，其中，

所述手势识别传感器与所述数据网关连接，用于识别目标手势并确定所述目标手势对应的手势指令，将所述手势指令传输至所述数据网关；

所述数据网关分别与所述上位机和多个检测仪器连接，用于依据所述手势指令确定设备控制信号，并将所述设备控制信号分发至多个检测仪器，以及，接收汇总多个检测仪器回传的设备数据并将所述设备数据上传至所述上位机；

所述数据存储器与所述数据网关连接，用于存储所述数据网关上传的设备数据。

2.根据权利要求1所述的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述数据网关包括MCU模组、数据下载电路和稳压器；MCU模组分别与数据下载电路和稳压器连接；所述手势识别传感器的输出端与MCU模组连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述MCU模组具体为WIFI单片机。

4.根据权利要求2所述的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述数据下载电路具体包括串口芯片和三极管，串口芯片通过三极管连接所述MCU模组。

5.根据权利要求1所述的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述手势识别传感器具体包括光学传感器阵列模块、时钟振荡电路、寄存器组、LED驱动器、红外LED、红外接收模块和手势识别控制芯片；寄存器组分别连接手势控制芯片、红外接收模块和时钟振荡电路；时钟振荡电路的输出端分别连接LED驱动器和光学传感器阵列模组；红外LED与LED驱动器连接；光学传感器阵列模组的输出端连接红外接收模块；红外接收模块的输出端连接手势识别控制芯片。

6.根据权利要求1所述的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述数据存储器具体为数据网关SD卡、数据网关CF卡、光盘存储器和磁盘存储器中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，所述数据网关还包括外部接口，用于接入外部模块。

8.根据权利要求2所述的一种基于手势识别的串行接口设备数据传输系统，其特征在于，还包括供电模块，供电模块与所述稳压器连接。