数据手套的设计与应用——以无线遥控小车为例

Value Engineering• 131 •数据手套的设计与应用—
—以无线遥控小车为例
D esign a n d A p p lic a tio n o f D a ta G lo v e:T a k in g W ire le ss R em ote C o n tro l C a r as a n
E x a m p le
胡燕梅H U Y a n-m e i;王伟平W A N G W e i-p i n g
(昆明理工大学，昆明650093)
(Kunming University of Science and Technology,Kunming650093 ,China)
摘要：设计采用单片机实现低成本的无线数据手套设备。

基于设备实用功能及价格成本考虑，设计使用小车作为控制载体，实现手套手势的变化对小车运动状态的控制。

手套可实现人类对小车的前进后退、加速减速、转弯等运动状态的基本控制，用不同的手指 以及手指的弯曲程度来控制小车的运动状态，代替传统的小车遥控器。

通过手套五指的变化将信息无线发送接收来实现控制小车的 前后左右加速减速，人类手指能够实时精准的掌控小车的运动状态。

Abstract:This article designs a wireless data glove using single chip microcomputer to achieve low cost.Considering the practical function of the device and the cost,the design uses a car as the control carrier,and realizes control of car movement state through changes of glove gestures.The glove can realize basic control of car movements such as moving forward and backward,acceleration and deceleration, turning and so on.The movement of the car can be controlled by different fingers and different bending degree of fingers,instead of the traditional car controller.By changes of glove fingers,the information can be sent and received to control the car movement,so that human finger can control the car movement accurately and timely.
关键词：单片机;无线发送接收;运动状态;传感器
Key words:SCM；send and receive the information；movement states；sensor
中图分类号:TP391.9 文献标识码:A文章编号：1006-4311(2017)08-0131-03
〇引言
随着科学技术的发展，人机交互在多领域得到了广泛 的应用，人与机器设备之间的交互体验越发简单和自然。

人们不再需要调整自己的行为被动适应机器的要求，而是 用更为智能的方式让机器听懂人类的语言。

当今，不论是 小小的智能手机终端还是大屏幕设备都可采用触屏技术，使人们摆脱了繁琐的键盘输入和鼠标的控制。

未来，人机 交互的理想状态可通过语言、手势、表情等自然操作设备，而这些功能已在多种领域尝试和应用，其功能优化和发展 依赖于语音识别、手势识别、人脸识别技术的发展。

另外，随着物联网智能家居产业的发展，智能家电设备将是智能 家庭空间的重要应用，如何使家庭用户与智能家电设备更 自然地交互，是各大电厂商技术竞争的动力。

目前，采用较 广泛的技术是在智能家电设备中嵌入无线模块，通过无线 感知、远程控制、服务的方式为家庭用户提供操作功能，而这仍需要家庭用户通过各种终端进行操作。

现今，手势识 别技术取得较大发展。

手势是人类最富有表现力的交互方法和最有力的沟 通手段之一。

在人类的交流当中，手势是经常使用的手段，也是人机交互领域研究的热点。

基于设备实用功能及价格 成本考虑，本设计使用小车作为控制载体，实现手套手势 的变化对小车运动状态的控制。

通过手套五指的变化将信 息无线发送接收实现控制小车的前后左右加速减速，人类 手指能够实时精准的掌控小车的运动状态。

1设计方案
本设计利用STC12C5A60S2单片机接收经过电
基金项目：昆明理工大学2016年学生课外学术科技创新基金 资助。

作者简介:胡燕梅（1993-)，女，云南曲靖人，昆明理工大学测控技 术与仪器专业学生；王伟平（通讯作者）（1977-)，男，
黑龙江齐齐哈尔人，昆明理工大学，副教授，测控技术
与仪器专业。

阻--电压转换电路转换过的弯曲传感器的电压信号，单片机利用片上自带的A D转换电路进行A D转换，得到手 指的弯曲程度，再根据手指不同对弯曲程度进行分别量化 并对其进行判断处理，最后得到手势数据，再将手势数据 打包通过HC——12无线数据模块将数据发送出去，电路 设计框图如图1所示；接收端接收数据后比对手势数据输 出控制信号到L M298N模块控制小车电动机，以实现手势 对于小车运动姿态的调节控制。

电路设计框图如图2所示。

2系统设计
2.1硬件设计
本电路以
ST C12C5A60S2 单
片机为控制核心，
以ST C12C5A60S2
最小系统为基础[1]。

手势识别电路以弯
曲传感器为核心获
取手指弯曲程度，
手指弯曲程度以电
阻形式表现。

电阻-
图1手套电路设计框图
图2小车电路设计框图
-电压转换电路以T L431可控精密 稳压源为核心，组成恒流源电路，恒流源电流流经弯曲传感器，由于手指弯曲程度不同导致弯曲传感器电阻值不同，所以流经电流后的两端电压会发生相应变化；即手指 越弯曲，弯曲传感器两端电压越高。

弯曲传感器两端电压 经过单片机内置A D转换电路转化成相应数据，进而获 取手势。

无线通讯模块采用C C2530模块，将数据实时传 送到小车控制端，小车控制端按照手势数据对以L298N 芯片为核心的电动机驱动电路进行相应操作进而控制电动机'
总体电路设计如图3所示，由单片机最小系统、传感 器应用电路、电动机驱动电路三部分组成。

单片机最小系统包含电源电路、时钟电路、复位电路
、
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价值工程
XTAL 1XTAL 2
RST PSEN ALE
EA
P 0.0/AD 0
P 0.1/AD 1P 0.2/AD 2P 0.3/AD 3P 0.4/AD 4P 0.5/AD 5P 0.6/AD 6P 0.7/AD 7
P 2.0/A 8P 2.1/A 9 P 2.2/A 10 P 2.3/ 11 P 2.4/A 12 P 2.5/A 13 P 2.6/ 14 P 2.7/A 15P 3.0/RXD P 3.1/TXD
P 3.2/INT 0P 3.3/INT 1P 3.4/T 0P 3.5/T 1P 3.6/W R P 3.7/RD
片内外程序存储器选择电路、输入/输出接□电路这五个 部分，其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系 统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可[羽。

C 1U422pF
X 1C 219
•CRYSTAL
H 8-
R 9 22pF
(C 3
T
10u 22_ 30______31-J
9-2-25^6.
jh
j
_LZ ~
AT 89C 51
TL 431
5V 12V
图3总体电路设计传感器应用电路使用T L 431三端可调稳压管，构成恒 压电路为P N P 三极管Q 1~Q 5提供恒定的基极电压，传感 器对地电压信号要进入单片机中进行处理，本设计使用的 是电源为DC 5V 的STC 12C 5A 60S 2单片机，因此传感器对 地电压不能超过5V ，而且需要在0~5V 范围内越大越好，越大取样精度越高，对手指弯曲程度判断的精确性越高[4]。

电动机驱动电路采用L 298N 作为主控芯片，L 298N 有两路电动机控制，以第一路为例，L 298N 的IN 1、IN 2分 别接的是单片机的P 2.1、P 2.0脚，由单片机对电动机的转 向及启停进行控制。

当IN 1、IN 2都为高电平或都为低电平 时电动机停止；当IN 1为高电平，IN 2为低电平时电动机 正转；当IN 1为低电平，IN 2为高电平时电动机反转。

并 且，L 298N 的使能端E N A 连接单片机的脉冲输出端P 2.2，
由脉冲输出端输出的脉冲宽度对电动机的转速进行调节， 脉冲输出端输出的脉冲宽度越大电动机转速越大，脉冲输 出端输出的脉冲宽度越小电动机转速越小。

同理，第二路 控制原理与第一路相同。

两路电动机配合动作做到上述前 进、后退、左转、右转、停止、加速、减速等。

例如当发出左转 指令时左边电动机停止，右边电动机前进实现小车向左的 运动姿态变化。

2.2软件设计
手套程序是对现在使用者的手势动作进行实时检测， 并且生成实时手势数据调用串□中断服务程序将手势数 据发送出去，以达到手势控制小车的目的。

在生成手势数 据的过程中，首先将A D 转换结果根据每个手指的弯曲 程度进行独立划段分类，划分出每个手指伸直、半弯、全 弯三种状态，再对五个手指姿态进行综合比较，识别出手 势代表的阿拉伯数字；在编程过程中采用阿拉伯数字1- 7的手势分别代表前进、后退、左转、右转、停止、加速、减 速其中运动姿态的改变。

合成数字后就将数字发送到小 车端由小车端进行电动机驱动，手套软件主流程图如图 4所示。

小车子程序是接收到手套发出的数据之后对小车上 的两驱动电动机的状态进行控制，从而实现小车的各运动 姿态变化。

在接收到阿拉伯数字1-7后按照程序映射关系 对L 298N 模块进行控制，小车软件主流程图如图5所示。

图4手套软件主流程框图 图5小车软件主流程框图
3结束语
本设计是在可穿戴设备设计中的一个全新尝试，设计 了一种还未在市场上见到的可用于商业领域的可穿戴设 备。

本设计原理简单，推翻了人们对于可穿戴设备可望不
可及的固有理念，使低成本成为可能。

C E S 展上，大众展出
的高尔夫R T ou ch 概念车非常酷炫。

在车外对着后视镜摆
摆手就自动展开；坐进车里，抬起手在头顶旁边扫一下，天 窗自动打开；手对着中控台往上划一下，音量就变大…… 也许这些夸张了点，但是最基本的如在车内用手势来控制 车里各功能的使用，一系列近距离传感器，能探测到车内 人的手势，可实现滚动、选择、控制等一系列功能，甚至能
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Value Engineering
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地铁盾构管片楔子纠偏的应用
A p p lic a tio n o f S egm ent W edge R e c tific a tio n fo r S u bw a y S h ield
李峰莲 L I F e n g -lia n
(中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，沈阳110000)
(China Railway Construction Bridge Engineering Group Third Engineering Co .,Ltd.,Shenyang 110000,China )
摘要：盾构施工过程中轴线控制、成型隧道质量控制尤为重要。

掘进过程中应该将轴线控制在±50m m 范围内，管片环面平整，错
台在规范允许范围内等，但实际施工过程中往往出现轴线偏差、环面不平、管片碎裂、管片接缝漏水等情况，这就需要对管片姿态进行 纠偏。

本文主要对其中的一种纠偏方法即管片楔子纠偏应用进行研究分析并结合现场施工特点，制定相关措施，保证施工顺利。

Abstract : It is ver ^^ important to control the axis and the quality of tunnel during the construction of shield tunnel . In the course of excavation , the axis should be controlled "within ±50mm , the ring surface of the segment should be flat , and the misalignment should be within the allowable range of the standard . However , in the actual construction process , many problems many appear such as axis deviation , ring surface unevenness , segment fragmentation , slit leakage , etc ., which need to correct the attitude of the segment . In this paper , one of the correction methods , namely , wedge rectification is studied and characteristics to ensure the smooth construction .
关键词院管片；楔子;碎裂;纠偏Key words : segment ; wedge ; fragmentation ; rectification 中图分类号:U 455.43 文献标识码:A 0引言
盾构管片是拼装在盾尾内，管片的姿态服从于盾构的 姿态。

楔子环制作的原则就是要求管片在盾尾内居中拼 装，盾构的内径与管片外径二者之间有一固定的施工间 距，而盾构纠偏只能在其范围内进行，如过量的纠偏将引 起盾构卡管片而造成管片碎裂。

1工程简介
管片楔子主要有两种形式，一种为刚性的石棉板，另 一种为柔性的软木条。

通常楔子的厚度有三种，即1m m 、 2m m 、3mm ;楔子的粘贴量厚度通常不会超过5m m ，并且 在粘贴时在膨胀止水带上多粘贴一条红色止水条，楔子 的粘贴一般以阶梯式进行制作，要求楔子的粘贴厚度不 宜过大，否则很容易由于受力不均匀而出现裂缝，影响隧 道质量。

沈阳某区间右K 6+790.0耀右K 7+588.000共798m 采 用盾构法施工，为单圆断面型式，错缝拼装预制钢筋混凝 土管片衬砌，管片内径5400m m ，厚度300m m ，普通管片采 用通贴2m m 厚柔性软木条，纠偏时根据情况采用1、2、 3m m 厚软木条组合粘贴或者使用石棉板。

为保证隧道线 型，防止管片施工过程中出现碎裂，在沈阳地铁施工过程 中采用了管片楔子纠偏的应用，有效地减少了管片碎裂的 情况。

作者简介：李峰莲（1983-)女，湖北南漳人，毕业于石家庄铁道学
院，研究方向为市政工程。

自动获取周围关于商业和景点的信息、手势感应与近旁朋 友联络、手势感应控制音乐播放和导航功能、调整车内温 度、调整车载音乐音量、选择歌曲、调整座椅位置及改变巡
航控制系统的速度等。

该设计仅仅基于利用小车做载体实 现人机的控制，在未来的发展中，人类的手势控制将应用 于人们娱乐生活、智能医疗、智能交通手势指挥、工业生产 及特殊环境作业等领域。

relevant measures are developed combined with site construction 文章编号：1006-4311( 2017 )08-0133-022施工应用
沈阳地铁盾构施工过程中轴线控制、成型隧道质量控 制尤为重要。

掘进过程中应该将轴线控制在±50m m 范围 内，管片环面平整、错台在规范允许范围内等，但实际施工 过程中往往出现轴线偏差、环面不平、管片碎裂、管片接缝 漏水等情况，这就需要对管片姿态进行纠偏。

2.1管片姿态、上下左右超前量的判断管片纠偏是配合盾构轴线纠偏的重要一环，通过盾构 报表、管片报表的分析，判断当前二者之间的关系，与设计 轴线的偏差，进行分析，确定楔子环的制作方法。

2.2管片环面的状态主要有以下几种（以通缝拼装为 例，如图1)
2.3吊垂线测定管片超前量管片的超前量是非常重要的，它控制着整条隧道的质 量；管片超前量由井下测量人员对其进行测量计算；使用 4.5m 的锤球对管片的超前量进行垂吊，垂吊位置在拼装 平台左右两侧，L 1、L 2的2/3处。

根据相似三角形原理计算 出管片超前量。

在当前环推进一箱土后，测定上一环的管 片超前量，因为只有在管片受力后，才能真实反映当前的 超前量。

2.4楔子粘贴
出洞下坡段需要考虑隧道上浮影响，增加楔子环制作 量20%;楔子环制作时采用软木条，压缩量较大，在施工时 可根据理论计算值适当增加30%左右粘贴量。

上坡段在考 虑软木条压缩量前提下，需要减少10%左右粘贴量，可按参考文献：
[1] 丁向荣.STC 系列增强型8051单片机原理与应用[M ].电子 工业出版社,2011.
[2] STC 数据手册[EB /OL ]，010.[3] 王东峰.单片机C 语言教程「Ml .电子工业出版社,2009.[4] 阎石.数字电子技术基础「Ml .北京：高等教育出版社,2006.[5] 433M 芯片数据手册,2008.「6]杨帮文.新编传感器实用宝典[M ].机械工业出版社,2005.。