一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线及传感器配置方法

摘要

本发明公开了一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线及传感器配置方法，包括：手套、弯曲传感器、微控制器、电池模块、无线传输模块和无线接收模块；所述弯曲传感器根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备；所述电池模块为整个电路供电；本发明的一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线及传感器配置方法基于弯曲传感器及ZigBee无线传感器的采集、传输特性及物理尺寸，给出了在普通手套上进行多传感器配置的原型设计方法，并开发了与之相适应的电路布线及弯曲传感器标定方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线数据手套电路布线及传感器配置方法，特别涉及一种基于弯曲传感 器的无线数据手套电路布线及传感器配置方法。

背景技术

人与计算机之间的交互正逐渐成为人们日常生活的一个重要组成部分。依靠传统的交互 方式，用户通过键盘鼠标向计算机输入信息，这种方式的弊端在于用户不能用自然的方式与 计算机进行交互，而现代的交互方式已具备实现手势交互的能力。手势识别问题是人机交互 领域中一个十分活跃的研究领域，基于数据手套的手势识别更是近年来研究的一个热点问 题。

与鼠标相比，手势不但提供了更加丰富的空间信息，而且自然舒适，符合用户的交互习 惯。然而，目前佩戴型数据手套主要面向高端应用，市场普及率并不高，制约其发展的缺陷 可概括为以下几点：

1、价格问题：随着动作捕捉和动画产品需求不断增大，为数据手套的应用带来了良好 的市场前景，但一套手势的动作捕捉系统动辄3-5万，使得一些电影制作及爱好者望而却步。 目前，佩戴型数据手套主要面向科研及学术研究领域，价格成为制约市场普及的关键因素。

2、佩戴及操作舒适性问题：虽然一些产品采用了无线操作方式，但与计算机的通讯连 接仍采用传统的有线传输方式，数据线的缠绕限制了操作者施展动作，而一些价格较高的产 品虽然可以采用无线的方式实现操作及通讯，但需要在手臂或腰部配套额外的接手装备，佩 戴不方便。另外，多数的手套产品的操作时间为4-6小时，当电池耗尽后需要充电，着也为 操作带来一定的不便。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术之不足，针对低成本数据手套的开发需求，基于弯曲传 感器及ZigBee无线传感器的采集、传输特性及物理尺寸，给出了在普通手套上进行多传感 器配置的原型设计方法，并开发了与之相适应的电路布线及弯曲传感器标定方法。该发明兼 具实用性和经济性，能够填补目前市场对于低成本无线数据手套产品的应用需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于弯曲传感器的无线数据手套 电路布线及传感器配置方法，包括：手套、弯曲传感器、微控制器、电池模块、无线传输模 块和无线接收模块；

所述手套为双层结构，所有电路均设置在手套的双层结构之间；在手套的五个指套的背 部的分别设有一弯曲传感器，每一弯曲传感器的输出端分别于微控制器相连；所述微控制器 固定在手套背部至手套腕部的中心位置；所述无线传输模块与微控制器相连，所述无线传输 模块固定于手套手心靠近腕部的中心位置；所述电池模块与微控制器相连；所述无线接收模 块与PC设备相连。

所述弯曲传感器根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后 发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备；所述电池模块为 整个电路供电。

优选的，所述弯曲传感器在手套的手指与手掌的连接处用缝纫线双侧固定，使弯曲传感 器无法做出横向移动只能径向弯曲。

优选的，所述微控制器采用ArduinoLilyPad控制板；所述无线传输模块采用LilyPad XBee；所述弯曲传感器采用单向弯曲传感器FLX-03A。

优选的，所述ArduinoLilyPad控制板的2号和3号引脚分别与LilyPadXBee的tx引脚 和rx引脚连接，用于采集弯曲传感器的数据；所述每一指套上的弯曲传感器的输出端与 ArduinoLilyPad控制板的模拟信号输入引脚相连；所述弯曲传感器的输出端还分别连接有一 10kΩ的电阻，所述10kΩ电阻的另一端用可导电的金属缝纫线与ArduinoLilyPad控制板的 正极及LilyPadXBee的正极相连；所述10kΩ电阻用缝纫线缝制在手套手掌部中间位置，等 间距排列。

优选的，在平整的桌面上固定量角器，使弯曲传感器紧贴桌面，并与量角器平行，利用 直尺辅助将弯曲传感器未固定的一端翘起与量角器刻度对应一定角度，不断变换角度来测量 标定弯曲传感器。

优选的，所述弯曲传感器的阻值与其弯曲的角度成线性相关的关系，其测量步骤为：

A1、选择一个平整的桌面，固定量角器，使其0°位置与桌面平行；

A2、将弯曲传感器的输出端连接测试线路，并使弯曲传感器紧贴桌面，保持与量角器 平行，并固定弯曲传感器的另一端；

A3、使用直尺将传感器的一端翘起与量角器刻度对应的一定角度，每增加10°记录一 组数据，每族数据取值10次以获取平均值；

A4、将记录的数据做成表格绘制成曲线图供基于弯曲传感器的无线数据手套使用。

本发明的有益效果是：

(1)提出了在普通手套上进行多传感器配置的原型设计方法，传感器与手套都原料都 可以由市场中直接购买，价格便宜。

(2)传感器配置布局合理，所有的元器件都集中于手套上，操作者无需佩戴额外的装 置。同时，接口处采用了可插拔或可缝纫的连接方式，便于测试修改。

(3)弯曲传感器的标定及数据手套电路布线方法操作简单，可行性好。

(4)系统可采用USB或电池供电，ZigBee提供的休眠模式减轻了系统在非活动状态 下的能量损耗。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于弯曲传感器的 无线数据手套电路布线及传感器配置方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的单向弯曲传感器FLX-03A实体图；

图2是步骤A1和A2的示意图；

图3是步骤A3的示意图；

图4是步骤A3某一固定角度显示的数据流；

图5是步骤A4对每个角度对应的数据流取值10次，取平均值并换算成阻值；

图6是电路设计图；

图7是手套内的的布线设计图；

图8是手套的布线实际操作图。

具体实施方式

实施例1

参见图1至图8所示，本发明的一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线及传感器 配置方法，包括：

手套、弯曲传感器、微控制器、电池模块、无线传输模块和无线接收模块；

所述手套为双层结构，所有电路均设置在手套的双层结构之间；在手套的五个指套的背 部的分别设有一弯曲传感器，每一弯曲传感器的输出端分别于微控制器相连；所述微控制器 固定在手套背部至手套腕部的中心位置；所述无线传输模块与微控制器相连，所述无线传输 模块固定于手套手心靠近腕部的中心位置；所述电池模块与微控制器相连；所述无线接收模 块与PC设备相连。

所述弯曲传感器根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后 发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备；所述电池模块为 整个电路供电。

更进一步，所述弯曲传感器在手套的手指与手掌的连接处用缝纫线双侧固定，使弯曲传 感器无法做出横向移动只能径向弯曲。

更进一步，所述微控制器采用ArduinoLilyPad控制板；所述无线传输模块采用LilyPad XBee；所述弯曲传感器采用单向弯曲传感器FLX-03A。

更进一步，所述ArduinoLilyPad控制板的2号和3号引脚分别与LilyPadXBee的tx引 脚和rx引脚连接，用于采集弯曲传感器的数据；所述每一指套上的弯曲传感器的输出端与 ArduinoLilyPad控制板的模拟信号输入引脚相连；所述弯曲传感器的输出端还分别连接有一 10kΩ的电阻，所述10kΩ电阻的另一端用可导电的金属缝纫线与ArduinoLilyPad控制板的 正极及LilyPadXBee的正极相连；所述10kΩ电阻用缝纫线缝制在手套手掌部中间位置，等 间距排列。

更进一步，在平整的桌面上固定量角器，使弯曲传感器紧贴桌面，并与量角器平行，利 用直尺辅助将弯曲传感器未固定的一端翘起与量角器刻度对应一定角度，不断变换角度来测 量标定弯曲传感器。

更进一步，所述弯曲传感器的阻值与其弯曲的角度成线性相关的关系，其测量步骤为：

A1、选择一个平整的桌面，固定量角器，使其0°位置与桌面平行；如图2

A2、将弯曲传感器的输出端连接测试线路，并使弯曲传感器紧贴桌面，保持与量角器 平行，并固定弯曲传感器的另一端；如图2

A3、使用直尺将传感器的一端翘起与量角器刻度对应的一定角度，每增加10°记录一 组数据，每组数据取值10次以获取平均值；如图3和图4

A4、将记录的数据做成表格绘制成曲线图供基于弯曲传感器的无线数据手套使用。如 图5

在弯曲传感器实际用于数据手套之前，需要对其进行精度标定以确保在数值获取上的准 确性以及可行性，手套采用SpectraSymbol公司FLX-03A型单向弯曲传感器，FLX-03A竖 直时标称电阻约为10000欧姆(10K)，当FLX-03A单向弯曲时阻值逐渐增加，根据弯曲 的程度可能会发生10K至40K的阻值范围变化。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线 及传感器配置方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。