戰術分隊遂行多樣化任務手勢識別系統

張子健 李邦崴 鄭瀟軒 尹文剛

武警警官學院 四川 成都610213

引言

21世紀以來,世界范圍內的恐怖活動日益猖獗,美國的“9.11”事件、俄羅斯的別斯蘭人質事件和我國新疆烏魯木齊的“7.5”事件,都給世界的安全穩定帶來了層層陰霾。我國社會正處在改革的攻堅階段和發展的關鍵時期,國內經濟科技飛速發展,為了實現兩個一百年奮斗目標和中華民族偉大復興的中國夢,急需以高壓態勢打擊國內恐怖勢力發展苗頭,增強國內反恐軍事力量顯得尤為重要。在反恐行動中,作戰人員的武器裝備對作戰的勝利起到了很大的保障作用。在此,基于對行動中復雜環境下作戰小組成員之間方便溝通的考慮,設計一種戰術分隊遂行多樣化任務手勢識別系統。

1 系統總體結構設計

本文硬件系統設計主要包括主控芯片、語音提示模塊、無線模塊、手姿態檢測模塊、手指彎曲度檢測模塊、AD 轉換模塊等部分組成,構成手勢檢測裝置、基準位置檢測裝置、主控裝置和圖像攝取裝置四部分裝置。指揮員端利用圖像攝取裝置觀察作戰人員所處的位置,進行相關作戰指令的下達。指揮員首先連接設備啟動電源,根據作戰需要下達對應的手勢動作,手勢檢測裝置檢測到系統電壓發生了變化,將變化信號發送給基準位置檢測裝置,由基準位置檢測裝置發出對應動作的指令控制語音提示模塊,通過語音提示模塊連接無線音頻傳輸模塊,由無線接收模塊接收無線音頻信號。組員端通過佩戴戰術手語無線接收耳機接收指令,進行指令的實施。系統結構原理圖如圖1所示。

圖1 系統結構原理圖

1.1 主控模塊設計 本系統采用STC15 W408 AS單片機為主控芯片,該單片機是STC研制的抗干擾性能較優的增強型51單片機,指令與一般的51單片機完全兼容,但它的運行速度卻是后者的8 倍到12 倍,同時芯片具備較強的抗靜電干擾能力,工作溫度范圍相對較寬,具有容量大、速度快、保密性強、兼容多的優點,符合設計所需的面對作戰環境復雜多變的實戰需求。

1.2 語音提示模塊設計 考慮聲音的音質,噪聲等因素,本系統采用MP3-TF-16P模塊提供音頻的錄制和播放功能,該模塊可以通過串口控制作為任何有串口的單片機的一個模塊,集成了MP3、WAV、WMA的硬解碼,同時軟件支持TF卡驅動。通過簡單的串口指令即可完成播放指定的語音,使用方便,穩定可靠。電路原理圖如圖2所示。

圖2 語音提示模塊電路原理圖

1.3 無線模塊設計本系統采用KCX_2.4 G001模塊來完成數據的遠距離發送和接收,該模塊是一款工作于2.4 G ISM頻段的高品質立體聲音頻傳輸模塊,傳輸高達24Bit、48 KSPS的音頻傳輸碼流,采用了自適應跳頻、前向糾錯、緩沖和重傳等技術保證無線傳輸的可靠性,具有支持1個發射多個接收、無線傳輸距離≥100米等優點。

1.4 手姿態檢測模塊設計 本系統采用MPU6050模塊完成對使用者手姿態的定位,。該模塊可利用自帶的數字運動處理器(DMP:Digital Motion Processor)硬件加速引擎,通過主IIC接口,向應用端輸出姿態解算后的數據。通過DMP,就可以使用其公司提供的運動處理資料庫,能非常方便地實現姿態解算,降低了運動處理運算對操作系統的負荷,同時也大大降低了設計難度。電路原理圖如圖3所示。

圖3 手姿態檢測模塊電路原理圖

1.5 手指彎曲度檢測模塊設計本系統采用Flex2.2 彎曲傳感器完成手指彎曲度的檢測,由可變電阻組成,覆蓋在Flex2.2 彎曲傳感器的表面,不同的彎曲度會改變傳感器的電阻值,根據傳感器的阻值變化即可判斷彎曲角度。將它固定在手套的手指部位,檢測對應的阻值變化,配合模擬輸出,方便將彎曲信息采集并處理,識別所做的手勢動作。電路原理圖如圖4所示。

圖4 手指彎曲度檢測模塊電路原理圖

2 系統軟件設計

對系統軟件進行設計,系統主程序流程圖如圖5 所示。指揮員端,由手指彎曲度檢測模塊根據阻值變化范圍判斷具體手勢動作,通過AD轉換模塊進行數據的采集和轉換,將信號傳遞給語音提示模塊,由語音提示模塊將對應的戰術手勢語音播報通過無線發送模塊傳遞給組員端。組員端,通過無線接收模塊接收語音播報信息,收到對應戰術指令,進行指令的實施。

圖5 主程序流程圖

3 結束語

戰術分隊遂行多樣化任務手勢識別系統是利用傳感器的動作采集技術制成的一種先進的戰場指令傳達裝備。與傳統的手勢識別手套不同,戰術分隊遂行多樣化任務手勢識別系統是利用手指彎曲傳感器中電阻的變化來改變電壓信號,使傳感器識別出具體的手語動作,并通過無線網絡和通信技術進行傳遞。該系統解決了現有的手勢識別手套存在受地形等障礙物影響以及動作采集方式過于繁瑣的技術問題,并可實現一對多的指令的同時下達,大大提高手勢的識別精確度和快速傳達能力,更加符合作戰的實際需要。