基于蓝牙的指环遥控器

        蓝牙技术以通信、网络技术的快速发展为契机，凭借其安全、低消耗、低成本、稳定性高等优点，已经广泛应用于诸多领域，基于蓝牙技术的遥控器也在小规模内得到应用。然而已存的基于蓝牙技术的遥控器并没有摆脱传统红外遥控器的功能实现方式与外形设计，并不能将蓝牙数据传输技术的优点充分发挥。本文提出的基于此技术的指环遥控器，采用指环形的外部封装，可直接安置在用户手指上，通过手势方向进行操作。使得遥控器在外观上有了巨大的改革，体积有了显著的缩小，并在很大程度上提高了遥控器的便利性。
1 指环遥控器外形
本遥控器总体外观为指环形，可戴于手指上，分为固定滑道和客户端控制转环；在控制转环面上设有四个按键分别是模式选择键、自定义键、增量键、减量键。控制转环内设空腔用于嵌入蓝牙模块，陀螺仪方向感知系统，以及供电系统。当对遥控器进行操作时，可用拇指拨动控制转环，进行按键选择并操作，还可以通过向不同方向甩动手指来进行相关的控制操作。
2 蓝牙指环遥控器的系统结构
本文提出的蓝牙指环遥控器的系统结构设计尽可能的简单，以充分发挥便捷性、即时性与环保特性。系统结构如图1所示。用户控制端与指令处理端均以微型可充电锂电池供电。用户控制端采用陀螺仪传感器进行信息采集，识别用户指令，采用蓝牙传输技术进行短距离高效传输，并在指令处理端进行解码传达，执行用户指令。


图1 系统结构图

2.1 用户控制及指令识别
蓝牙指环遥控器启动后，用户控制端与处理端进行交互式信息式信息传输，匹配PIN 码后自动连接。用户控制端主要采用三轴陀螺仪技术进行手势识别。


图2 陀螺仪原理图

如图2 所示，三轴陀螺仪传感器利用MEMS类加速度计，在与外界物体一同运动时，内部的质量块使弹簧或阻尼器受力，输出电压变化，感知外部加速度。陀螺仪的轴的底部以点的形式被固定，除底点之外，仍具有三向自由度。当倾斜力作用于轴顶时，质点A、C 反向运动，质点B、D 同向运动。AC 指点组合将使轴在运动平面内，以合适的角度运动。倾斜角度超过直角时，A、C 质点交互移位，质点运动受倾斜力阻碍，轴运动减缓，边缘旋转超过180 度时，另一侧边缘促使轴反向运动。AC 质点处于相反位置时，倾斜力阻碍效果较大，其在平面内的相对位移及AC连线与水平轴的相对角度变化，可体现出外部测量的改变。轴的不变性是陀螺仪的工作依托。以此为原理，可测量角速度，判别物体运动方向。用户按一定方向移动手指发送指令，指令识别模块通过陀螺转子与内、外框架间相对自由度的变化以及三轴偏转方向的变化来确定用户指示方向，并采用统一的手势与指令的对应方式，对指令进行编码。指令模式图如图3。


图3 指令模式图

2.2 指令传输
利用蓝牙进行数据传输，简化用户终端与受控设备的通信渠道。嵌入式蓝牙设备自适应跳频技术,它是基于自动信道质量分析的一种自适应频率和功率自适应控制技术相结合的产物。它可以自动调频调整，降低外界干扰、截获概率和发射功率，达到无干扰跳频的长时间保持高质量的通信通道的目的。通信过程中，通过使用已知的稳定可用的频点，来提高传输质量。总之, 基于蓝牙的指令传输, 它的快速响应和跳频系统设置命令传输具有较高的抗干扰和稳定性。同时蓝牙设备在用户端无指令的闲置时间内，进入低功耗的sleep模式，在很大程度上减少了所消耗的能源。
2.3 指令解码
指令处理端的微处理器启动后，进入待机状态，与用户处理端匹配PIN 码后连接。匹配成功时，指令处理端发送成功匹配标志信号，并以包形式传输当前内部DS1302 芯片的初始化程序，进行时间同步初始化。开启两个定时器，分别进行传输协议的时间校准和指令传输真实性时间长度校准。在指令处理端对所得数据采与微处理器中已存的标准指令数据包对比，解析指令并执行。为增加设备的实用性与稳定性，指令处理端编入指令检测功能，指令成功传输或指令多次解析失败，分别进行两种明显提示。由于同微网中，传感器节点远小于最大限额，指令信息及数量也处于较低的范围之内，所以指令碰撞的可能性极低，保证了指令解码及指令执行的可靠性。