基于手势的小车运动控制系统设计(附件)【字数：11105】
摘 要由于信息处理技术、传感技术、人工智能等学科技术的飞速发展，智能小车也越来越广泛应用于科学勘探、军事爆破、灾后救援甚至无人驾驶等领域，因此设计智能小车运动控制系统具有非常大现实的意义。本设计集微控制器系统、加速度传感器和无线蓝牙模块一体，可以采集到手势的信息，通过单片机进行算法处理，识别前进、后退、向左、向右四种手势，从而控制小车的行驶状态。手势控制小车有方便、智能等优点，拥有良好的优越性和广阔的发展前途。本次设计软硬件均采用模块化的设计方式，所设计出来的小车具有速度快、体积小、集成度高、功耗和成本低等优点，可实现避障、远程遥控等功能，可用于小车竞赛或者玩具市场。
目 录
第一章 绪论 1
1.1手势控制小车的应用及研究背景 1
1.2手势识别的研究现状 1
1.3手势控制小车的研究意义 2
1.4论文内容概要与组织结构 2
第二章 基于手势的小车运动控制系统设计方案 4
2.1基于手势的小车运动控制系统概述 4
2.2基于手势的小车运动控制系统的设计分析 4
2.2.1硬件设计平台介绍 4
2.2.2整体结构设计 4
2.3软件部分的模块设计 5
2.3.1软件开发平台介绍 5
2.3.2功能模块的软件设计概述 6
2.4本章总结 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1电源模块的设计 7
3.2单片机系统模块 7
3.2.1 STC89C52微控制器简介 7
3.2.2 微控制器最小系统 7
3.3手势传感器模块 8
3.4 电机驱动模块 9
3.4.1 直流电机的选取 9
3.4.2 电机驱动芯片 10
3.4.3电机驱动电路的设计 10
3.5 超声波测距模块 11
3.6 本章小结 11
第四章 系统软件设计 12
4.1手势传感器检测程序 12
4.2电机驱动程序 12
4.3串口通信程序 13
4.4超 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
声波避障程序 13
4.5本章总结 14
第五章 手势控制小车性能设计与实验 15
5.1 硬件设计的注意事项 15
5.1.1 原理图的设计 15
5.1.2 PCB的设计 15
5.2系统功能测试 15
5.3无线通信功能拓展 18
5.4本章小结 18
总结与展望 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 23
第一章 绪论
1.1手势控制小车的应用及研究背景
现如今是一个智能化高速发展的时代，各种自动化和智能化的机器设备或电子仪器都充斥着社会的每一个角落，这些机器和设备正逐渐地取代人们复杂的操作，将人类从肮脏、繁重、艰苦的工作环境中解脱出来[1]。智能化机器设备可以按照我们设定的模式运作，为我们提供一个方便、快捷、智能的现代化生活。人工智能涉及领域众多，如军事、科学、民用等，目前，随着生产技术的提高和自动化技术的加深，智能化的汽车以及在智能化的汽车的基础上研发出来的一系列产品成为了一种世界潮流，许多国家都在积极研发智能汽车[2]。智能汽车是今后世界汽车的发展方向，它可以不需要人为的干预下按照我们设定的模式运作，其用途广泛，可以用于科学勘探，军事侦查，民用生活等领域。智能汽车可以显示时间和速度，记录下汽车开过的路程。智能小车是智能汽车的简化模型，它在硬件搭建和程序设计上要比智能化大型汽车简单的多，便于观察和学习。
就目前来看，许多小车的控制方式有以下几种：无线、红外和超声波等远距离遥控。智能小车发展迅速，从玩具领域到各行各业都有涉及并取得了实质性的成果[3]。最近几年，我国也开始对这一方面投入大量的人力、精力，研发许多产品来满足社会的需求。人工智能离不开单片机的发展，单片机充斥着我们的日常生活，无处不在。国外的ATMEL公司，国内的STC公司，他们生产的51和52单片机就可以广泛用于军事、科学、民用多个领域[4]。为了适应社会潮流智能化和自动化的发展趋势，有必要深入学习单片机以及编程技术来满足实际的生产生活需要。智能小车具有循迹、避障、手势识别等基本功能，通过手势识别来实现对小车的智能化控制就是其中的一种控制方式。所以深入学习手势识别知识也是十分必要的。
1.2手势识别的研究现状
我国许多高校和研究所都对手势识别进行研究，清华大学提出了一种新型的手势识别技术，即基于运动分割的帧间图像运动估计方法，并且指出了从物体的运动、形状、颜色等其他信息中区分出手势识别的信息；并且能够对多达十余种手势在线识别，且误识别率低于10%。通过计算机摄像头采取二维的手势视频，可以比较准确地识别出手势[5]。这个方案是基于AdaBoost算法和光流匹配。这个方案有一个特点，它在识别手势过程中分为静态手势识别和动态手势识别：静态手势识别通过AdaBoost算法逐个读取图像来完成的，而动态手势识别过程中采用了光流法结合模板匹配的方法。还有一种方案可以识别17个手势，误识别率低于10%。这个方案是基于大小手的方法，将人的两只手在识别过程中划分一只是大手，另外一只是小手，如果两只手重合在一起，算作一只手[6]。再利用背景差分法去掉背景，利用一只大手和一只小手的特征通过算法识别检测得出手势[7]。
1.3手势控制小车的研究意义
手势识别是人类与机器交流互动的重要组成部分，目前我国主要集中研究手势的最终识别方面，首先对采集的手势背景进行简化处理，在此背景下通过算法对手势进行分割处理，分析出手势所要表达的含义[8]。当然实际环境要远远复杂得多，光线的亮暗，传感器的距离远近等，这些都是影响手势识别的精度的因素。
解决这些问题的方法还未完全找到，所以这就要求科研人员能够在特定的复杂环境下完成课题，解决问题，将这些方法结合在一起，从而能够应对复杂的苛刻的情况下的手势识别[9]。这对手势识别和人机交互的研究与发展具有重要作用。在电子、计算机和制造等技术的高速发展下，许多电子产品都呈现出小型化、自动化和智能化的变化趋势。在全球玩具市场中，智能化小车的数量占比已经占据着重大的比例。据统计，这几年来全球玩具销量增长幅度非常快，同时其内在结构也在发生巨变。传统玩具的数量逐年递减，智能化的含有高科技含量的玩具则逐年增加。具有高科技含量的电子玩具将成为这个玩具行业的新的发展主流[10]。目前人工智能涉及多个领域，人们对于系统的智能化、便捷化提出了更高的要求，传统的控制方式和思想已经落后，迫切需要进行更新和提高。所以我们需要将智能化控制和传统控制两者集合起来，来满足日新月异的社会发展的需求。随着科学技术的发展：人工智能、计算机、自动控制，这些将会为智能控制开启崭新的篇章[11]。因此，手势识别加智能小车的研发是意义非凡的，而且具有巨大的市场潜力。
目 录
第一章 绪论 1
1.1手势控制小车的应用及研究背景 1
1.2手势识别的研究现状 1
1.3手势控制小车的研究意义 2
1.4论文内容概要与组织结构 2
第二章 基于手势的小车运动控制系统设计方案 4
2.1基于手势的小车运动控制系统概述 4
2.2基于手势的小车运动控制系统的设计分析 4
2.2.1硬件设计平台介绍 4
2.2.2整体结构设计 4
2.3软件部分的模块设计 5
2.3.1软件开发平台介绍 5
2.3.2功能模块的软件设计概述 6
2.4本章总结 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1电源模块的设计 7
3.2单片机系统模块 7
3.2.1 STC89C52微控制器简介 7
3.2.2 微控制器最小系统 7
3.3手势传感器模块 8
3.4 电机驱动模块 9
3.4.1 直流电机的选取 9
3.4.2 电机驱动芯片 10
3.4.3电机驱动电路的设计 10
3.5 超声波测距模块 11
3.6 本章小结 11
第四章 系统软件设计 12
4.1手势传感器检测程序 12
4.2电机驱动程序 12
4.3串口通信程序 13
4.4超 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
声波避障程序 13
4.5本章总结 14
第五章 手势控制小车性能设计与实验 15
5.1 硬件设计的注意事项 15
5.1.1 原理图的设计 15
5.1.2 PCB的设计 15
5.2系统功能测试 15
5.3无线通信功能拓展 18
5.4本章小结 18
总结与展望 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 23
第一章 绪论
1.1手势控制小车的应用及研究背景
现如今是一个智能化高速发展的时代，各种自动化和智能化的机器设备或电子仪器都充斥着社会的每一个角落，这些机器和设备正逐渐地取代人们复杂的操作，将人类从肮脏、繁重、艰苦的工作环境中解脱出来[1]。智能化机器设备可以按照我们设定的模式运作，为我们提供一个方便、快捷、智能的现代化生活。人工智能涉及领域众多，如军事、科学、民用等，目前，随着生产技术的提高和自动化技术的加深，智能化的汽车以及在智能化的汽车的基础上研发出来的一系列产品成为了一种世界潮流，许多国家都在积极研发智能汽车[2]。智能汽车是今后世界汽车的发展方向，它可以不需要人为的干预下按照我们设定的模式运作，其用途广泛，可以用于科学勘探，军事侦查，民用生活等领域。智能汽车可以显示时间和速度，记录下汽车开过的路程。智能小车是智能汽车的简化模型，它在硬件搭建和程序设计上要比智能化大型汽车简单的多，便于观察和学习。
就目前来看，许多小车的控制方式有以下几种：无线、红外和超声波等远距离遥控。智能小车发展迅速，从玩具领域到各行各业都有涉及并取得了实质性的成果[3]。最近几年，我国也开始对这一方面投入大量的人力、精力，研发许多产品来满足社会的需求。人工智能离不开单片机的发展，单片机充斥着我们的日常生活，无处不在。国外的ATMEL公司，国内的STC公司，他们生产的51和52单片机就可以广泛用于军事、科学、民用多个领域[4]。为了适应社会潮流智能化和自动化的发展趋势，有必要深入学习单片机以及编程技术来满足实际的生产生活需要。智能小车具有循迹、避障、手势识别等基本功能，通过手势识别来实现对小车的智能化控制就是其中的一种控制方式。所以深入学习手势识别知识也是十分必要的。
1.2手势识别的研究现状
我国许多高校和研究所都对手势识别进行研究，清华大学提出了一种新型的手势识别技术，即基于运动分割的帧间图像运动估计方法，并且指出了从物体的运动、形状、颜色等其他信息中区分出手势识别的信息；并且能够对多达十余种手势在线识别，且误识别率低于10%。通过计算机摄像头采取二维的手势视频，可以比较准确地识别出手势[5]。这个方案是基于AdaBoost算法和光流匹配。这个方案有一个特点，它在识别手势过程中分为静态手势识别和动态手势识别：静态手势识别通过AdaBoost算法逐个读取图像来完成的，而动态手势识别过程中采用了光流法结合模板匹配的方法。还有一种方案可以识别17个手势，误识别率低于10%。这个方案是基于大小手的方法，将人的两只手在识别过程中划分一只是大手，另外一只是小手，如果两只手重合在一起，算作一只手[6]。再利用背景差分法去掉背景，利用一只大手和一只小手的特征通过算法识别检测得出手势[7]。
1.3手势控制小车的研究意义
手势识别是人类与机器交流互动的重要组成部分，目前我国主要集中研究手势的最终识别方面，首先对采集的手势背景进行简化处理，在此背景下通过算法对手势进行分割处理，分析出手势所要表达的含义[8]。当然实际环境要远远复杂得多，光线的亮暗，传感器的距离远近等，这些都是影响手势识别的精度的因素。
解决这些问题的方法还未完全找到，所以这就要求科研人员能够在特定的复杂环境下完成课题，解决问题，将这些方法结合在一起，从而能够应对复杂的苛刻的情况下的手势识别[9]。这对手势识别和人机交互的研究与发展具有重要作用。在电子、计算机和制造等技术的高速发展下，许多电子产品都呈现出小型化、自动化和智能化的变化趋势。在全球玩具市场中，智能化小车的数量占比已经占据着重大的比例。据统计，这几年来全球玩具销量增长幅度非常快，同时其内在结构也在发生巨变。传统玩具的数量逐年递减，智能化的含有高科技含量的玩具则逐年增加。具有高科技含量的电子玩具将成为这个玩具行业的新的发展主流[10]。目前人工智能涉及多个领域，人们对于系统的智能化、便捷化提出了更高的要求，传统的控制方式和思想已经落后，迫切需要进行更新和提高。所以我们需要将智能化控制和传统控制两者集合起来，来满足日新月异的社会发展的需求。随着科学技术的发展：人工智能、计算机、自动控制，这些将会为智能控制开启崭新的篇章[11]。因此，手势识别加智能小车的研发是意义非凡的，而且具有巨大的市场潜力。
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