论文总字数：27994字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 本设计相关研究现状 1

1.2.1手势识别的国外研究现状 1

1.2.2手势识别的国内研究现状 2

1.3 本设计主要内容 2

2 手势遥控装置系统概述 2

2.1 手势识别方法的分析 2

2.1.1 基于图像技术的方法 2

2.1.2 基于加速度特征的方法 3

2.2 手势识别的算法分析 3

2.3 本设计的理论分析 4

2.4 系统总体方案论述 5

3 系统基础模块选择 6

3.1 MPU-6050运动处理模块 6

3.1.1MPU-6050简介 6

3.1.2 MPU-6050的使用简介 7

3.1.3 MPU-6050的数据及传输 9

3.1.4 MPU-6050的中断与时钟 9

3.2 数据通讯模块 10

3.2.1 红外线传输方式 10

3.2.2 蓝牙传输方式 10

3.2.3 无线Wi-Fi方式 11

3.2.4 本设计的数据传输方式 11

3.3 液晶显示模块 12

3.3.1 液晶点阵字符模块LCD1602 12

3.3.2 点阵图形液晶模块12864 12

3.3.3 本系统使用的液晶显示模块 12

3.4 主控芯片部分 13

3.5 串口调试模块 14

4 系统硬件设计方案 14

4.1 主控芯片电路设计 14

4.1.1电源与复位电路设计 14

4.1.2晶振电路设计 15

4.2 陀螺加速计MPU6050电路设计 16

4.3 液晶显示电路 16

4.4 蓝牙通信电路设计 17

5 系统软件设计方案 17

5.1 MSP430开发环境 17

5.2 MSP430开发语言与设计流程 18

5.3 模块程序设计 19

5.3.1 MPU-6050姿态结算 19

5.3.2 串口数据传输 20

5.3.3 液晶显示选项移动设计 20

6 系统总体调试 22

6.1 模块测试与调试 22

6.1.1 MPU-6050姿态结算与数据传输 22

6.1.2 蓝牙数据传输测试 22

6.1.3 液晶显示选项效果测试 23

6.2 系统测试 23

7 结论与分析 24

7.1 本设计的研究内容与实现结果 24

7.2 本设计具有的值得推广的特点 24

7.3 本设计存在的问题及解决 24

参考文献 24

致谢 26

附录 27

基于MPU-6050的手势识别遥控装置

张文杰

，China

Abstract：With the popularity of other smart household appliances and Internet TV, a number of intelligent remote control device came into being. The gesture recognition device designed for remote control option selection screen, reducing the user's operation of the touch. The remote control device designed by both the control module and the controlled module. Remote part by the MPU-6050 module, HC-05 Bluetooth module and master chips. Controlled in part by Nokia5110 LCD, HC-05 Bluetooth module and master chips. The device consists of a 6-axis motion processing sensor MPU-6050 module captures gestures, HC-05 Bluetooth module to transmit data through the microcontroller, and with Nokia5110 LCD to switch the corresponding options moving gestures, such as cursor position. Difficulty of this device is the use of the motion-sensitive sensor receiver chip X, Y, Z axis rotation speed variation value in a short time and angle data around, and transmitted to the MCU via Bluetooth for data analysis.

Key words：gesture recognition, MPU6050, motion processing sensors, liquid crystal 5110

1 绪论

1.1 研究目的与意义

随着一些智能家电的普及，比如智能互联网电视、智能冰箱、智能橱柜等的广泛使用，这些设备体现出来的使用不便等特点也在显现。比如，现今的智能互联网电视无论从遥控器的按键数量，还是电视界面的操作难度都在增大。而这些复杂程度的加大往往对我们的老年人以及一些文化程度不高的用户造成不好的影响，影响用户的操作体验。因此，我在思考毕业设计的方向的时候，专注到了这个方面的内容，并提出自己认为切实可行的方案。

为了解决在一些诸如按键操作、红外感应操作等情况中出现的操作复杂，不易于用户体验的改善的情况，本设计制作了一种能够根据手势的变化来对一些智能设备进行操作的装置。手势是人们在日常生活中最常用的交流与沟通性的方式，它具有人类其他交流方式不具备的特点。比如，手势具有指向性，按照空间上的概念，我们可以将手部动作按照一个参考点（MPU-6050芯片）的X轴、Y轴、Z轴方向的变动进行感知。

在便利性方面，由于本设计的遥控装置只有手部动作采集装置、收发装置和主控核心装置，因此用户只需活动自己的手腕就可以轻松得操作设备。因此，本装置能够解决本节提出的现今存在的问题。即使基于大量传感器的手势识别已经研究很深入，但是其不具备装置简单的特点，在应用在生活中的某些方面显得不具备优势。因此，在目前互联网技术进一步发展，政府大力提倡互联网“ ”的背景下，手势识别在人们生活中的应用方面的研究将具有新的意义。

该装置在实现功能的同时，具备了经济上的优势。传统的用于科研方面的手势识别装置，比如“数据手套”内部集成了多个传感器，价格昂贵。更重要的是数据手套之类的研究可能束缚了人们的使用，在手部动作的自然和随意方面表现的不够出色。

1.2 本设计相关研究现状

手势识别技术涉及的知识层面较广泛，比如传统的手势识别装备当中，就有前面提到的“数据手套”，它就是一种多个传感器组成的肢体动作的识别装备。这一装置涉及到传感器的使用、手势数据的采集、数据的处理以及后续的分析与应用等方面的知识。但是，类似在手部使用穿戴设备这样利用传感器的手部动作检测装置，已经被使用光学标记动作检测装置代替。光学标记的方法是通过红外线将手部动作和姿势采集，之后将其投射到系统的屏幕上去。这一设计免去了复杂的电子器件设备，也能够很好地达到动作检测的功能。

当前研究较多的是基于视觉的手势识别装置，通过查阅资料，我了解到这种识别方式设计到手势的建模、图像的采集、手势的识别几个方面。通过图形方面的方式是利用一些图像捕捉设备整合手部动作，并进过计算机图像处理技术分析调试，进而实现手部的检测。

1.2.1手势识别的国外研究现状

国外研究人员利用技术在探测的视频中捕捉手部信息，通过这一视频的路径达成检测目标。印度的研究者也在这方面有所研究，他们优化了手势识别的算法，通过手指方向，手指数量，背景消除等方式实现了手势识别。Chenglong Yu等人利用特征整合的方式，将手势识别中的手的长度、宽度、周长、面积等特征结合，也很好地实现了手势识别的作用。

目前手势识别也得到了一些大型的电子研究与生产企业的重视，对某些对手势识别方面的研究已经到了应用的阶段。比如三星集团在之前就推出了手势识别的遥控器，用户通过一些简单的手势就可以实现对电视频道、音量或者其他设置的操作。上海大学DING Youdong等人利用改进的LPB算法，并利用分类器对采集了手势识别的数据集，从而实现了手势识别。

1.2.2手势识别的国内研究现状

现阶段的研究中，人类肢体动作的检测、分析和利用得到发展，尤其是基于视觉技术的手势识别方法，成果显著。研究人员利用一些技术如背景差分法，来实现对背景的消除，设计的系统能够实现对17种简单手势的识别，准确率和识别率可以达到94.1%，识别精度较高，符合实际使用需求。

1.3 本设计主要内容

本设计主要研究的是，基于现实生活中一些智能设施在操纵方面的提升，制作一种能够判断简单的一些手势动作，并根据动作在液晶上进行操作的装置。本设计采用整合性的运动处理传感器，在手势的分割上按照空间上的坐标进行划分。本设计中主要使用MPU-6050陀螺仪方面的应用，通过传感器采集的三个方向上的角速度的变化来判断手部动作。利用MPU-6050陀螺仪和加速度计使用的三位16位ADC，将接收到的模拟数据量转化为数字量，通过模块输出。这就是手部动作的分析过程。在数据传输过程前将手势对应的数据进行编码，最后通过蓝牙模块将接收到的数据与受控部分之间进行传输。在受控部分的MCU程序设计中加入判断的过程，根据接收到的相应编码，执行相应的操作。

整个设计形成一个整合性高、可操作性强的系统，其中重点研究运动处理传感器内部集成的多个传感部分，尤其是各部分在减少复杂算法、解决传感器同步问题和姿态结算方面的运用。另外，还需研究蓝牙数据通信、液晶字母程序编写以等方面的内容。

2 手势遥控装置系统概述

2.1 手势识别方法的分析

在确定手势识别方法时，根据手势应用的场合，数据采集的范围以及手部信息收集程度等特征，需要斟酌讨论。在本节，将讨论几种经研究较成熟的手势识别方法，并从应用和技术层面分析方法的原理与优缺点，并为本设计的方法提供参考。

2.1.1 基于图像技术的方法

利用图像处理技术方法来识别手势，能够处理复杂环境带来的影响，比如光线的强弱和肤色区域的重合。该技术当中最关键的一步就是如何将手势分割，以便于数据的更好的采集。目前，一些研究者提出利用图像处理当中的灰度图和灰度直方图，来实现手势的分割，这就是深度图像成像原理。该原理主要是在深度图像中的像素点灰度值与采集到的图像深度的相互转化。每个图像的灰度值对应环境当中的深度，因此该技术中首先绘制灰度值的图表（即灰度直方图）。通过设置一定的阈值，对图表中的数据进行处理，这样能够实现对图像的分割。

图2-1 基于深度图像处理的手势识别

通过一定计算公式，计算中心距离手势区域边缘的最大距离，通过一系列的计算确定所提取的手势表观特征。最后，利用提取的手势，在软件程序中设计一种决策树的算法结构，根据手部动作来进行相应的操作。

2.1.2 基于加速度特征的方法

通过加速度的数据识别手部动作的方法，就是在设计中加入能够将物理运动信号转为物理电学信号的电子传感器器件。这种方式是最能够表达手势的本意，能够体现手势自然性和表达沟通性的方法。器件采集运动的信息后，通过物理量之间转化的方法，将信息转为可传输的数据。

2.2 手势识别的算法分析

加速度计是一种用来量化加速的的传感器，当外力作用在物体上并引起其加速。例如当物体只受到重力作用时，我们可以通过测量其加速度，从而推算出该物体相对于水平面的倾斜角度。

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