基于運動和肌電流信號控制的立方體led臺燈及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于LED臺燈技術領域，具體涉及一種基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈及方法。
【背景技術】
[0002]LED臺燈就是以LED (Light Emitting D1de)即發光二極管為光源的臺燈，LED是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED臺燈的照明又稱固態照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術，具有節能、環保、安全可靠的特點，固態光源是被業界看好的未來十年替換傳統照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術的未來。發展新固態照明，不僅是照明領域的革命，而且符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。
[0003]而現有的LED操控方式往往還是接觸式的如按鍵開關的模式，這樣的操縱模式無法實現遠距離操縱，由此帶來使用不方便的問題，另外目前使用的LED臺燈作為照明裝置在結構上存在著分布不均勻從而導致了照明效果差的問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的提供一種基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈及方法，包括用于檢測手勢的設備和控制照明的設備，所述的用于檢測手勢的設備用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于檢測手勢的設備包括肌電傳感器EMG_SenSOr、運動傳感器、第一無線傳輸模塊、第一主控芯片；所述的控制照明的設備包括八達林頓晶體管驅動模塊、第二無線傳輸模塊、第二主控芯片；所述的肌電傳感器EMG_Sensor、運動傳感器、第一無線傳輸模塊同第一主控芯片相連接；所述的肌電傳感器EMG_SenSOr的電極同手腕的皮膚相接觸；所述的八達林頓晶體管驅動模塊和第二無線傳輸模塊同第二主控芯片相連接，所述的八達林頓晶體管驅動模塊同立方體LED臺燈的LED燈組相連接。并通過方法降低了現有技術中無法實現遠距離操縱、照明效果差的缺陷。
[0005]為了克服現有技術中的不足，本發明提供了一種基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈及方法的解決方案，具體如下:
[0006]一種基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈，包括用于檢測手勢的設備和控制照明的設備，所述的用于檢測手勢的設備用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于檢測手勢的設備包括肌電傳感器EMG_SenSOr、運動傳感器、第一無線傳輸模塊、第一主控芯片；所述的控制照明的設備包括八達林頓晶體管驅動模塊、第二無線傳輸模塊、第二主控芯片；所述的肌電傳感器EMG_Sensor、運動傳感器、第一無線傳輸模塊同第一主控芯片相連接；所述的肌電傳感器EMG_Sensor的電極同手腕的皮膚相接觸；所述的八達林頓晶體管驅動模塊和第二無線傳輸模塊同第二主控芯片相連接，所述的八達林頓晶體管驅動模塊同立方體LED臺燈的LED燈組相連接，所述的LED燈組為8*8*8三維LED點陣，所述的8*8*8三維LED點陣是由512個LED組成的實心立方體。
[0007]所述的肌電傳感器EMG_SenSOr為兩路肌電傳感器，所述的肌電傳感器EMG_Sensor內部集成有依次連接的兩級差分放大電路、精密整流電路、二階濾波電路和模擬數字轉換電路，通過兩級差分放大電路，將肌肉電路信號進行差分放大，形成放大后的肌肉電流信號，然后通過精密整流電路進行精密整流，接著通過二階濾波電路進行濾波處理后放大輸出電壓信號，再由單個信號通道獨用的模擬數字轉換電路轉換成數字信號，轉換后的數字信號是一個連續的電壓值，連續變化的信號成波動變化，接著就能夠通過定義這個信號的特征值為某一對應的手勢。
[0008]所述的運動傳感器包括航姿參考系統AHRS和慣性測量單元MU，其內部集合了三軸陀螺儀和三軸加速度計，包含了嵌入式的姿態數據解算單元，通過測量物體運動的軸向角速度和橫向縱向的加速度，用卡爾曼濾波算法進行角速度和加速度的數據融合，來判定手臂在空間的運動姿態，即手臂的前、后、左、右、上和下的運動姿態。
[0009]所述的嵌入式的姿態數據解算單元是根據四元數姿態解算算法來執行的。
[0010]所述的第一無線傳輸模塊為Bluetooth無線傳輸模塊的數據發射端，所述的第二無線傳輸模塊為Bluetooth無線傳輸模塊的數據接收端，所述的第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊能夠在十米的距離內彼此通信，以此來進行實時的數據傳輸。
[0011]所述的第一主控芯片為數字信號處理器、中央處理器CPU或者專用集成芯片，用來解析提取特征參數，提取出的特征參數信息通過線性判斷分析，結合手勢庫模糊查尋算法，進行手勢甄別，并最終得到最高概率的手勢結果以實現手勢識別，所述的手勢庫模糊查尋算法為基于動態模糊神經網絡的手勢識別算法；所述的第一主控芯片為Kinetis K60主控芯片；所述的第二主控芯片為AT89C51主控芯片。I
[0012]所述的八達林頓晶體管驅動模塊為ULN2803八達林頓晶體管驅動模塊。
[0013]所述的基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈的方法為，具體如下:
[0014]當有手勢動作時，通過緊貼皮膚表面的肌電傳感器EMG_SenSOr的電極，可以采集手指動作時引起的肌肉的電流信號EMG，結合所述的用于檢測手勢的設備上的運動傳感器用來判斷手臂在空間的運動方向；經過第一主控芯片處理后映射成指令通過第一無線傳輸模塊傳輸到控制照明的設備的第二無線傳輸模塊上，第二主控芯片操縱八達林頓晶體管驅動模塊來讓立方體LED臺燈的LED燈組執行相應的開啟關閉、模式選擇、效果切換、明暗變化這樣的功能。
[0015]本發明的優點是:更人性化和方便快捷，只需動動手臂就能完成各種控制的需求，真正實現非接觸式的遠隔操控，并且這個基于運動傳感器和肌肉電流信號的手勢操控方法可以移植到其他的家電控制上。
[0016]通過手臂運動姿態的加速度和角度數據的分析判別，還可以分別實現不同手臂運動姿態對應飛行器不同飛行姿態的目的，具體可實現前后左后上下的運動，從而實現飛行器搭載拍照設備根據使用者的需求進行不同位置的移動和定位功能。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的用于手勢檢測的設備佩戴在前臂處的位置的結構示意圖。
[0018]圖2為本發明的手勢識別基本的算法流程圖。
[0019]圖3為本發明的打響指這個動作的示意圖。
[0020]圖4為本發明的檢測到手臂左右運動時的示意圖。
[0021]圖5為本發明的手臂上下運動的示意圖。
[0022]圖6為本發明的握拳動作的示意圖。
[0023]圖7位手臂左右自旋的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對
【發明內容】
作進一步說明:
[0025]參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，基于運動和肌電流信號控制的立方體LED臺燈，包括用于檢測手勢的設備和控制照明的設備，所述的用于檢測手勢的設備用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于檢測手勢的設備包括肌電傳感器EMG_SenSOr、運動傳感器、第一無線傳輸模塊、第一主控芯片；所述的控制照明的設備包括八達林頓晶體管驅動模塊、第二無線傳輸模塊、第二主控芯片；所述的肌電傳感器EMG_Sensor、運動傳感器、第一無線傳輸模塊同第一主控芯片相連接；所述的肌電傳感器EMG_Sensor的電極同手腕的皮膚相接觸；所述的八達林頓晶體管驅動模塊和第二無線傳輸模塊同第二主控芯片相連接，所述的八達林頓晶體管驅動模塊同立方體LED臺燈的LED燈組相連接，所述的LED燈組為8*8*8三維LED點陣，所述的8*8*8三維LED點陣是由512個LED組成的實心立方體。
[0026]所述的肌電傳感器EMG_SenSOr為兩路肌電傳感器，所述的肌電傳感器EMG_Sensor內部集成有依次連接的兩級差分放大電路、精密整流電路、二階濾波電路和模擬數字轉換電路，通過兩級差分放大電路，將肌肉電路信號進行差分放大，形成放大后的肌肉電流信號，然后通過精密整流電路進行精密整流，接著通過二階濾波電路進行濾波處理后放大輸出電壓信號，再由單個信號通道獨用的模擬數字轉換電路轉換成數字信號，轉換后的數字信號是一個連續的電壓值，連續變化的信號成波動變化，接著就能夠通過定義這個信號的特征值為某一對應的手勢。
[0027]所述的運動傳感器包括航姿參考系統AHRS和慣性測量單元MU，其內部集合了三軸陀螺儀和三軸加速度計，包含了嵌入式的姿態數據解算單元，通過測量物體運動的軸向角速度和橫向縱向的加速度，用卡爾曼濾波算法進行角速度和加速度的數據融合，來判定手臂在空間的運動姿態，即手臂的前、后、左、右、上和下的運動姿態。
[0028]所述的嵌入式的姿態數據解算單元是根據四元數姿態解算算法來執行的。
[0029]所述的第一無線傳輸模塊為Bluetooth無線傳輸模塊的數據發射端，所述的第二無線傳輸模塊為Bluetooth無線傳輸模塊的數據接收端，所述的第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊能夠在十米的距離內彼此通信，以此來進行實時的數據傳輸。
[0030]所述的第一主控芯片為數字信號處理器、中央處理器CPU或者專用集成芯片，用來解析提取特征參數，提取出的特征參數信息通過線性判斷分析，結合手勢庫模糊查尋算法，進行手勢甄別，并最終得到最高概率的手勢結果以實現手勢識別，所述的手勢庫模糊查尋算法為基于動態模糊神經網絡的手勢識別算法；所述的第一主控芯片為Kinetis K60主控芯片；所述的第二主控芯片為AT89C51主控芯片。I
[0031 ] 所述的八達林頓晶體管驅動模塊為ULN2803八達林頓晶體管驅動模塊。
[0032]具體說來總體就構成了由512個全彩LED燈組成的8*8*8立方體，這樣的照明效果好，由照明主板控制，照明主板上集成了電源模塊，第二無線傳輸模塊，第二主控芯片這樣的標準電路，主要作用是接收用于檢測手勢的設備的信號，作出相應的命令處理，對LED臺燈進行相應的控制，以及為LED燈供電。用于檢測手勢的設備是一個可以佩戴在手腕上的手環，手環內部的電路板集成了肌電傳感器EMG_SenSOr，運動傳感器，第一無線傳輸模塊，第一主控芯片，充電電源模塊這樣標準電路，主要作用是通過緊貼皮膚表面的兩路肌電傳感器，檢測手臂肌肉運動時產生的肌肉電流，并經過兩級差分放大電路，精密整流電路，二階濾波電路，模擬數字轉換電路，以及實時數字信號算法處理，來定義控制臺