摘 要

智能家居能够增强人们生活的便捷性以及生活舒适型。在智能家居领域，控制系统智能化是个重要的环节。智能化的控制系统能够通过捕获家居环境中的各手势、动作甚至是声音等信息，从而使电器设备更好地为人们服务。

本文针对传统煤气灶电器中机械控制按钮的使用不便捷性、制造工艺复杂性以及功能扩展不灵活等缺点，提出了一种基于手势感应的智能煤气灶控制系统。首先，本文分析了现有的人体感应技术，确定了采用光电感应阵列作为手势信息捕获终端，并选择了具有高扫描率、高集成度的微控制器CY8CTMG120以及嵌入式开发板MSP430作为手势传感数据的转化与分析处理平台。然后，通过运行各类手势轨迹识别算法以及手势判断容错机制，解析出用户所要的执行的控制操作，并基于此控制命令实现对煤气灶的智能调控。此智能控制系统的开发与应用将可提高煤气灶等电器产品使用的便利性，降低电器设备制造工艺的复杂性，并可增强电器控制系统功能的可扩展性，对智能电器的发展与应用具有重要的促进作用。

关键词：智能家居；光电感应；手势解析；容错处理；轨迹优化

Abstract

Smart home can enhance the convenience of people's lives and living comfort. In the field of smart home, intelligent control system is a very important part of. Intelligent control system can effectively capture all kinds of information in the home environment, including gestures, movements and even sound, so that the electrical equipment to better serve the people.

Aiming at the disadvantage of traditional gas stove electric machinery control button use not convenient, manufacturing process complexity and function expansion of inflexibility etc., this paper gives a gesture sensing intelligent gas stove control system based on. First of all, this paper analyzes the existing human body induction technology, had determined using photoelectric sensor array as a gesture of the information acquisition terminal, and has high scanning rate, high degree of integration of the micro controller CY8CTMG120 and embedded development board MSP430 as transformation and analysis of gesture sensing data processing platform. Then, through the operation of various types of hand gesture recognition algorithm and gesture to determine the fault tolerance mechanism, to resolve the user to the implementation of the control operation, and based on this control command to achieve intelligent control of the gas stove. Development and application of intelligent control system will improve the convenience of the use of gas stove and other electrical products and reduce the complexity of the electrical equipment manufacturing process, and can enhance the electrical control system scalability, the development and application of intelligent electric apparatus has an important role in promoting.

Key Words：Intelligent home; touchpad; gesture recognition; fault tolerance; trajectory optimization

目录

第一章 绪论1

1. 1 研究背景及研究意义1

1. 2 国内外研究现状2

1. 3 本文的主要内容与组织结构5

第二章 智能控制系统开发平台设计与实现6

2. 1 光电感应系统6

2. 1. 1 光电感应阵列介绍6

2. 1. 2 微处理器介绍7

2. 2 单片机系统7

2. 3 开发工具介绍8

2. 4 本章小结10

第三章 智能控制系统方案设计11

3. 1 控制命令手势解析方法11

3. 1. 1 启动与关闭控制解析12

3. 1. 2 火力调大与调小控制解析12

3. 2 幅度调节手势解析方法13

3. 2. 1 火力增大控制解析13

3. 2. 2 火力减小控制解析14

3. 3 手势解析容错机制15

3. 3. 1 单点触摸容错机制15

3. 3. 2 启动与关闭控制容错解析16

3. 3. 3 火力增大控制容错解析16

3. 3. 4 火力减小控制容错解析17

3. 4 实时手势解析机制19

3. 5 本章小结20

第四章 智能电器控制系统技术实现21

4. 1 手势轨迹结束判断机制实现21

4. 2 启动手势与关闭手势解析技术实现23

4. 3 幅度调节手势解析技术实现25

4. 4 手势解析容错机制实现26

4. 5 本章小结31

第五章 总结与展望32

5. 1 总结32

5. 2 展望32

参考文献34

致谢35

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

智能家居是一个通过网络技术、传感器技术、计算机技术、自动控制技术等综合运用，来将人生活和工作环境中许多电器、设备连接起来，为人们提供更舒适的生活和高效的工作的智能设施集成^[1]。早在上个世纪末，这个概念就已经首先出现在美国，微软、思科等公司都制定了相应的计划来发展智能家居，但受制于当时的技术条件等原因，家居的智能化还处于初级发展阶段，有概念却缺乏有效的实例^[2]。

随着现代化科技的发展，无论是网络、计算机还是控制技术都得到了巨大的进步，智能家居已经不再是一个憧憬。家居智能化提供给人们的是一个由智能化系统构成的高安全性、通信快捷安全和生活舒适的自动化居住空间，来满足现代社会人们追求快节奏的工作方式和安全舒适的生活环境。虽然以目前的技术条件，包括传输媒介，网络平台，集成系统和家庭消费能力的制约，无法实现真正意义上的家居智能化，但现在能做的是将目前已经成熟的技术应用于智能家居中，为人们提供更加优质的生活，逐渐实现智能家居^[3]。

在智能家居的实现中，电器的控制系统和交互界面都是很重要的环节。一个好的控制系统不但能集成更多的功能，引导消费者的消费升级，提高竞争力，还能提高设备的安全性、可靠性。而交互界面作为控制系统的输入，也需要满足不断发展的控制系统对功能多样化、安全可靠性的需求，以及给用户更方便的操作空间，同时给用户一种直观的感受，即用户正在使用的是智能化的电器设备，用户不一定能看得懂智能电器具有什么样的内部结构，也不一定关心采用了哪些技术，但是好的交互界面对用户来说是最好的广告，让用户意识到智能电器带来的方便。电器控制系统的结构与功能设计对于工业制造成本、工艺复杂度、电器的功能多样性以及用户体验均会产生直接的影响。随着我国经济的高速发展，家用电器设备的品种逐步增多，款式越来越新颖，电器材质、功能与性能等方面均有显著的改善^[4]。许多电器都逐渐转向智能电器的开发，这不仅是顺应时代的发展潮流，也是在创造新的消费增长点。然而，大多数电器，特别是煤气灶等家居设备的控制系统采用的人机交互方式依然是传统的机械按钮控制。