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基于ZIGBEE的易于识别的耐磨手套
摘要
随着人们日复一日的忙碌，提供平等的挑战注意工作以及在家中养老的老人。 在这个项目中，可穿戴手套已被设计，它可以帮助患者识别手势柔性传感器。 戴上手套，病人就能运行基本电器家用电器远程使用他的手指没有任何人帮助他。 患者也可以通过移动他的一根手指寻求帮助。 Flex传感器已经用于克服视频和基于身体的手势识别的局限性。 柔性传感器提供更快的响应，更少的数据处理量。 ZigBee有用于实现良好的范围，更快的响应，更好的可靠性和安全性与WiFi相比。 这种方法是85％准确的，但是9.2秒的延迟观察到的。
目录
第1章 介绍
手势在我们的日常沟通中至关重要。随着技术的不断发展，手势正在成为人类计算机互动中非常受欢迎的形式。在日常生活中进行体力劳动的劳动可以缓解手势和新技术的结合。 有各种类型的手势。每个人体的方向和位置都可以看作是一种手势。 什么时候它涉及到互动，人体的活动部位发挥最大的作用。 手手势是由不能说话的人用手语。 他们也被使用在人机交互工具中。 已经做了很多工作来认识，手势的翻译和应用。
手势识别概述：手势识别系统在过去几年中引起了相当的关注手势识别范围广泛，可以实现字段使任务更容易。医疗保健是使用手势的领域之一识别系统证明是非常有帮助的。手势识别可以被定义为理解和解释的过程。手，手臂，脸部或有时头部有意义的运动。这是非常需要的。在设计一个有效的人机界面。技术一直在近年来由于其在用户界面中的应用潜力而进行研究。手势识别是工程师研究的主要领域之一。这是人机交互的自然方式。今天，行业是在不同的应用程序上工作，使交互更容易，自然和方便没有任何额外的设备。手势识别用于识别特定的人类手势并处理它们特定的控制装置。在手势识别中，人的手势是通过特殊手套传输或通过相机读取。捕获的数据被处理并用作处理应用程序或设备的输入。在数据采集的基础上，手势识别分为：（1）手套为主；（2）基于视觉；（3）基于身体。手套手势识别系统由手套或数据传感器组成处理和电源。 用户穿戴的手套，提取配置用户的手与动作一起。用户需要佩戴附加设备这可能会感到麻烦和不安，加重了实际的互动。因为它们由于高的开销而不适合自发的相互作用。 例如，乔治华盛顿大学创建的“Acceleglove”将美国手语翻译成文字。 有一系列手套每个手指上的加速度计和肩膀和肘部上的其他传感器向微控制器发送电信号。 然后它解释相关的动作用手势。
基于视觉的手势识别系统使用诸如相机的视觉输入来提取在手势识别中使用的功能。这种技术克服了手套系统面临的问题，但却被其他问题所困扰。对于大多数需要视频展示位置的视觉系统来说，便携性是一个问题相机。处理视频信息有很多问题，因为它们很高取决于环境，光线条件，摄像机设置。例如，inKinect为Windows应用程序，用户可以自然地与计算机进行交互简单的手势。基于身体的手势识别系统使用全身手势/动作。Xbox Kinect，Leap Motion，Point Grab和Crunch Fish使用相机和相机的进步。计算机视觉启用手势识别。 Xbox Project Natal允许用户使用与显示器进行交互，而不需要任何具有自然感的控制器相互作用。要在屏幕上踢一个球，用户将不得不进行踢动作。Xbox Kinect使用PrimeSense的3D传感器，它消耗225W的功率Point Grab和Crunch Fish在移动设备上运行，消耗的功率与此相同嵌入式摄像机。动机和相关工作增加医疗服务人员数量的增加强调了这一点需要更大的护理池。随着人口老龄化的增加和人口的增加时间卫生保健费用正在急剧增长，需要监测患者偏远的地点。此外，还需要为老年患者提供一个系统控制附近的电器，而无需任何人帮助他们。此外，世界上很多人都远离现有的医疗保健系统。随着护士全球短缺和患者数量的增加，患者护理也是如此预计会受到影响。有报道称护士正在受到压力过度劳累导致重大消耗。在这样的严重情况下，有必要考虑照顾老年人口的替代方案。一种方法是减少对全天候护理人员/护理人员的需求，并自动化监控医疗行业的流程。解决这些问题的手段有很多研究和商业版本到目前为止已经提出了识别系统，但只有少数几个已经实施。至今，很多工作已经完成，之前可以找到许多原型远程保健系统。这些原型包括相机，深度成像等用于手势识别的成像装置。在所有这些作品中，都有必要保留设备在用户面前。为了避免这种情况，压电式传感器也称为柔性传感器。Flex传感器可以连接到可穿戴的手套上。传感器的输出进给用于进一步处理的微控制器。这种类型的界面有几种生物医学应用如假肢，手势发声等等。此外，接口也被用于机器人操作和人机交互工具然而，迫切需要改进，高效和有效的技术实现更快的传感器输出的精度和完整性，这对所有这些非常重要上面提到的应用和更多的类似。
第2章 问题陈述
基于视频和身体的手势识别的问题在于它需要持续捕捉人类活动，以执行某些行动。为了这样做，一个人必须保持在相机附近或必须安装相机到其身体[9]。该方法包括复杂的计算以便识别捕获的图像的动作也会引发隐私问题。也是通信范围受损，因为用户必须处于视线范围相机在所有的时代。由于这些限制，基于佩戴式传感器的手势识别是有益的需要处理的数据量非常少。加速度计和陀螺仪是最广泛使用的身体磨损传感器。但是，这些是复杂的。
解决方案：为了克服这些挑战，我使用像羽毛一样轻的柔性传感器并且可以容易地穿在身体周围。这些低成本的高电阻传感器使能该产品成为识别手势的经济实惠的解决方案。他们服务的目的为许多认可活动。随着这些传感器，我已经使用ZigBee蓝牙增加通信范围。
以下是本项目的一些功能：（1）便携性和兼容性：由于我的模块重量轻，体积小尺寸，便于携带，易于处理。（2）内存：由于数据保存在EEPROM中，因此可以检索数据以前一定的天数也是。（3）多重输入：通过使用多个输入到模块，我们可以得到来自多个站的信息并将其发送到主接收机模块。
第3章 系统分析与设计
我的设计由3部分组成：（1）柔性传感器；（2）控制器；（3）无线收发器。发射机和接收机分开放置，彼此不靠近。发射器靠近病人，而接收器靠近护理人员。柔性传感器连接到被患者佩戴的手套上。传感器是对准患者的手指，如图所示。基于flex的值传感器，即电阻变化（如果有的话），控制器处理这些读数。的在无线收发器的帮助下，传送和接收读数ZigBee。在这个项目中，两个传感器都有不同的用途。当病人卷曲他食指的时候，与食指相连的传感器弯曲和电气在这种情况下，设备是风扇，相应地被打开/关闭。当病人卷曲他的时候中指与中指连接的传感器弯曲并且蜂鸣器是激活以呼吁寻求帮助。结果，病人的护理人员没有一直在他的身边。他可以在需要时在那里。除此之外，患者的体温正在记录下来，正在进行中直接在接收端提供。这样，护理人员就意识到病人的意图温度在所有的时间。
时间分析：当病人弯曲他的手指，柔性传感器的电阻变化。信号处理微控制器和MAX232进一步。 来自发射机的处理信号是通过ZigBee模块发送到接收器。 我们可以看到，在此期间有15ns的延迟接收端接收。 这个延迟是使用XCTU软件测量的允许在实际环境中使用电脑测试ZigBee模块。我第一次使用ADC0804，但是遇到的延迟时间是135ns大。 相反，我选择使用PIC16F877A的内置ADC命令。 但是，那时间延迟由2 Max232补偿。 如图所示，还有一个延迟1.19s在接收机侧，以使风扇和蜂鸣器打开。 作为数据使用ZigBee进行传输，我们甚至可以在9V锂电池上操作该模块电池。
第4章 功能要求
硬件：（1）Flex传感器；（2）微控制器燃烧器套件；（3）ZigBee模块。软件：（1）CadSoft Eagle；（2）mikroC和PICPgm；（3）Keilmu;Vision3；（4）PIC模拟器IDE XCTU。微控制器的选择：由于项目没有复杂的应用，所以没有必要高级控制器。由于输入/输出没有高速外设，没有任何高速控制器需要。由于PIC16F877A的成本较低，整个项目变得经济，使得该项目最适合每个人。
第5章 FLEX传感器
概述：Flex传感器是传感器，其电阻根据数量而变化在传感器上弯曲。弯曲变化转换为等效电阻。的电阻值随着弯曲的增加而增加。Flex传感器是从1“至5”长的细长条形的形式，变化在抵抗。
加工：Flex传感器是模拟电阻器，因此它们可以作为可变模拟电路工作分压器。薄的柔性衬底内的碳电阻元件存在于内部柔性传感器。当基板弯曲时，与弯曲半径相当的电阻输出为由传感器产生。半径越小，电阻值越高。传感器数据采集传感器的电阻随传感器的弯曲线性增加。电压可以设计分频器电路，以便测量传感器两端的电压。输出电压可以使用上述公式得出。的输出值传感器由ADC进行处理，由MAX232进一步处理执行专用动作。
第6章 ZIGBEE
概述：ZigBee由IEEE 802.15.4任务组和ZigBee联盟创建。ZigBee是IEEE 802系列中的一个类别。 ZigBee使用的服务802.15.4网络规范使ZigBee成为一套高级别的规范使用基于IEEE的小型，低功率数字无线电的通信协议802个人区域网络标准。ZigBee是唯一满足大多数遥控器的独特需求的标准监控，控制和感觉网络应用。它互连简单，低功率低，处理能力低的无线节点[12]。 ZigBee节点所需的功率非常小，即1mW（或更小）。但是室外还可以提供高达150米的距离这通过称为直接序列扩频（DSSS）的技术来实现。ZigBee是一种无线网络协议，主要针对自动化和遥控应用。它可以提供低成本和低功率连接需要电池寿命长达数月至数年的设备。低成本意味着设备成本低，安装成本低，维护费用低。设备使用ZigBee允许电池持续多年使用原电池（低成本），没有任何充电器（成本低，安装方便）。它的简单性允许固有的提供低维护的网络设备的配置和冗余。从此，ZigBee可以在比可能的网格网格中实现更大。蓝牙。使用ZigBee的PHY层和MAC层，网络成为可能同时处理大量设备。这个属性起着重要的作用，用于大量传感器阵列和控制网络。ZigBee兼容的无线设备有望在任何地方传输10-75米，取决于RF环境和输出功耗特定应用程序需要。它们也可以在无许可的RF频带中操作全球（2.4GHz全球，915MHz美洲或868 MHz欧洲）。
加工：ZigBee基本上使用数字无线电来允许设备与其进行通信另一个。 ZigBee架构由4层组成：物理层，MAC层，网络和安全层和应用层。物理层和MAC层定义为IEEE 802.15.4标准，而较高层遵循标准ZigBee联盟。在PHY层，IEEE 802.15.4定义了27个通道：一个16个通道ISM 2.4-2.4835 GHz频段的最大速率为250 Kbps，40 Kbps的10个通道ISM 902-928 MHz频段，868.0-868.6 MHz频段的20 Kbps频道。在MAC层，具有冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA / CA）或使用可选的时隙CSMA / CA机制，并分别利用无信标和信号模式。
基于IEEE 802.15.4 WPAN标准规定的PHY和MAC层ZigBee规范建立了网络和应用层的框架。在IEEE 802.15.4框架中指定了两种设备类型：全功能设备（FFD）和简化功能设备（RFD）。一般FFD有更多责任在于他们必须维护路由表，参与路由发现和修理，维护信标框架，处理节点关节。此外，FFD有与其传输中的任何其他设备进行通信的能力范围。另一方面，RFD只是维护最少的知识留在网络上，不参与路由。
优点：（1）低成本；（2）低功耗；（3）低数据速率（小于250 Kbps）；（4）安全性，可靠性和互操作性；（5）快速部署；（6）使用未经许可的无线电频段；（7）便宜，方便灵活的安装；（8）集成智能网络建立和消息路由。
第7章 ZIGBEE vs WIFI
ZigBee非常适合简单的家庭应用程序，以短时间传输小数据而消耗较少功率的距离，而WiFi更倾向于计算机到电脑通信取代有线网络。ZigBee的工作范围为10-75米，而WiFi为30-90米。ZigBee在数据速率方面落后于WiFi。 ZigBee的数据速率为250 Kbps2.4GHz，在915MHz为40Kbps，在868MHz为20Kbps，而WiFi为2Mbps在5 GHz时为2.4 GHz，54 Mbps。
ZigBee是网状网络（网络中的每个节点彼此连接）和具有互操作性问题，即ZigBee简档可能会相互干扰。
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