D_手势识别

AMBER · 发表于 2018-10-12 15:09:59

电赛的四天三夜很艰辛，虽然没获奖，但总算坚持了下来，受益匪浅，可以算作一次难得可贵的经历。
成品没做出来，就分享一些体会吧。这是我们第一次参加电赛。在做这个题目的过程中我们发现了很多自身问题，比如基础薄弱，和对fdc2214电容检测原理的理解不透彻等，这些因素都会导致我们设计方案存在很大的局限性。但是无论如何，电赛中我获益良多，四天三夜是真的难熬，特别考验一个人的意志力和耐心。团队合作的在电赛中也是很重要的，比赛时要合理分工合作，期间密切配合，因为一个人是不可能干完所有事情的，除非是大大大佬。总而言之电赛让我意识到自己还是很菜很菜的，所以提升的空间还很大...
论文内容如下，仅供参考。结尾附上fdc2214电路原理图。

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2018全国大学生电子设计竞赛论文.zip (262.22 KB, 下载次数: 132)

FDC2214传感器电路图.zip (33.27 KB, 下载次数: 101)

摘要

该系统是以STM32ZET6单片机作为主控器， FDC2214芯片作为电容传感器的一款手势识别装置。该装置可以通过FDC2214模块获取人手接触到触摸板上的电容值，运用卡尔曼滤波算法对数据进行优化处理，可以较为稳定以及快速实现猜拳游戏和划拳游戏的手势识别，并在OLED液晶模块上显示。系统包括单片机主控模块、FDC2214传感器模块、OLED显示模块、3.3V电源稳压模块。系统制作成本较低，工作性能稳，能很好的满足设计要求。
关键词：FDC2214电容传感器、OLED、STM32系统板

1 系统方案设计与论证
1.1 系统总体方案
系统主要由STM32F103ZET6单片机，FDC2214感测模块，OLED显示器模块组成。由于该款芯片不被来自无线电、电源、光照和电机等环境噪声的影响，与现有电容感测解决方案相比，在噪声出现时，FDC2214系列芯片能让性能提升60 倍。从而在任何环境中均可实现基于低成本电容方式的人体和物体感测。因此我们将摆好的手势放置于触摸板，使用TI推出的这款电容感测集成电路FDC2214芯片计算被测手势的电容值，利用STM32单片机处理该电容值并加以判断，最后传到OLED模块显示出正确的手势。

1.2 系统总体框图

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图1 系统总体框图

1.3 主要模块方案选择和论证
1.3.1微控制器选择
方案一：选择传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。

方案二：选择高性价比的STM32F103ZET6单片机作为控制器，STM32F103xx增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K 字节的SRAM），丰富的增强I/O 端口和联接到两条APB总线的外设。包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器。该款微控制器性价比高，功能强大，因此选择该款单片机。

1.3.2显示模块选择
方案一：采用LCD1602。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，不能很好的显示图形。
方案二：采用OLED显示屏，特点是制造工艺简单，成本低；发光效率更高，能耗比LCD要低，但是使用寿命比LCD短，尺寸小。因此使用该款显示模块更方便快捷。

2 理论分析与计算
FDC是一个电容数字转换器，可以测量振荡LC谐振器的频率。该设备输出一个与频率成正比的数字值。FDC2214是高分辨率，多通道电容至数字用于实现电容式传感解决方案。与传统的开关电容相反FDC2214采用L-C谐振器，也称为L-C坦克，作为传感器。窄带架构可实现前所未有的抗电磁干扰能力，并大大降低噪声与其他电容式传感解决方案相比较。FDC由前端谐振电路驱动器组成，后面跟着一个多路复用器，它依次通过主动通道，将它们连接到测量和数字化传感器频率的核心（f SENSOR）。该内核使用参考频率（f REF）来测量传感器频率。 f REF来源于内部参考时钟（振荡器）或外部提供的时钟。每个通道的数字化输出是成比例的与f SENSOR / f REF的比率。

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3 硬件电路设计
3.1 FDC2214模块设计
FDC2214 是基于 LC 谐振电路原理的一个电容检测传感器。在芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成 LC 电路，被测电容传感端与 LC 电路相连接，将产生一个振荡频率，根据该频率值可计算出被测电容值。

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FDC2214模块原理图

4 软件设计
4.1 模块软件设计

图片4.png

5 测试方案与测试结果
5.1 测试方案
5.1.1判决测试
指定测试员按照要求在触摸板上摆出12345/剪刀石头布的手势，通过FDC2214模块和对应的程序读出相应手势的数据，将读出数据与原数据进行匹配，并输出匹配值相应的手势。若符合，则判决成功。

5.1.2训练测试
任意测试员按照要求在触摸板上摆出12345/剪刀石头布的手势，通过FDC2214模块和对应的程序读出相应手势的数据，将读出数据与原数据进行匹配，并输出匹配值相应的手势。若符合，则训练成功。之后进入判决模式，将保存的数据进行一个上下限的取差。让测试员再次放置手势时，将本次放置手势的值与先前取差后的值进行范围匹配。如果新手势的值在该范围内，则显示出该值对应的手势，正确，判决成功。

5.2 测试结果及分析

图片5.png

测试结果在取值范围内，测试成功。

6 结论
手势识别装置利用FDC2214感应人体不同手势的电容值，能快速读取数据进行匹配从而判断出正确的手势。该装置不仅外部电路简单，而且能有效防止干扰且准确识别手势。作品创新点如下：
（1）采用OLED显示屏做，人机互交的效果好，而且硬件结构简洁，控制简单。
（2）FDC2214芯片能有效防止干扰，灵敏度高，正确读取感应电容值。

句子迷 · 发表于 2019-2-20 09:27:39

感谢分享

Yx丶 · 发表于 2019-8-7 13:26:09

谢谢分享了

long0409 · 发表于 2019-8-7 17:01:49

句子迷发表于 2019-2-20 09:27
感谢分享

+1，很有帮助，感谢楼主

_15253741742 · 发表于 2019-8-8 19:52:30

感谢分享

zebing · 发表于 2021-7-17 10:07:42

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