TI杯手勢識別

1、2018年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽手勢識別裝置（D題）2018年7月23日手勢識別裝置（D題）【本科組】摘要手勢識別作為人機(jī)交互的重要組成部分，其研究發(fā)展影響著人機(jī)交互的自然性和靈活性。為了滿足手勢識別的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)使用以測量電路為核心的系統(tǒng)。主要由五個模塊組成，包括測量電路模塊、傳感器模塊、顯示模塊、控制模塊、電源模塊組成?？刂颇K采用的是獨(dú)立按鍵和MSP430F5529單片機(jī)，用以控制工作模式（訓(xùn)練和判決）；測量電路模塊采用的是MSP430F5529單片機(jī)；傳感器模塊采用的是FDC2214電容傳感器；顯示模塊采用12864LCD液晶顯示屏；電源模塊采用220V轉(zhuǎn)5V的USB接口輸出模

2、塊。本裝置通過FDC2214電容傳感器和MSP430F5529單片機(jī)測量頻率值，再通過頻率值判斷手勢，并顯示在LCD液晶顯示屏上。關(guān)鍵詞：手勢識別 MSP430F5529 FDC2214 12864LCD目錄一、系統(tǒng)方案11.測量電路模塊的選擇12.顯示模塊的選擇13.傳感器模塊14.電源模塊25.方案確定2二、理論分析與計(jì)算21.理論分析22.計(jì)算2三、電路與程序設(shè)計(jì)31.電路設(shè)計(jì)3（1）系統(tǒng)總體框圖3（2）控制模塊系統(tǒng)框圖42.程序設(shè)計(jì)4（1）程序流程圖4（2）判決的流程圖4四、測試方案與測試結(jié)果51.測試方案5（1）硬件測試5（2）軟件仿真測試5（3）硬件軟件聯(lián)調(diào)52.測試條件與儀器5五

3、、測試結(jié)果61.測試結(jié)果62.誤差分析6六、心得6七、參考文獻(xiàn)7附錄：電路原理圖81、一、系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)主要由五個模塊包括測量電路模塊、傳感器模塊、顯示模塊、控制模塊、電源模塊。1. 測量電路模塊的選擇方案一：采用MSP430系列單片機(jī)MSP430系列單片機(jī)采用1.83.6V電壓，超低功耗，運(yùn)行速度快，處理能力強(qiáng)大，具有高效的開發(fā)環(huán)境。MSP430系列單片機(jī)中CPU與模擬設(shè)備的結(jié)合，使得校準(zhǔn)、調(diào)試都變得非常方便。1方案二：采用51系列單片機(jī)51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)比較容易上手，有較為完善的按位操作系統(tǒng)，功能較完備。雖然 I/O 腳使用簡單,但高電平時無輸出能力，有些功能增加了硬件和

4、軟件的負(fù)擔(dān)，運(yùn)行速度過慢，保護(hù)能力很差，容易燒壞。通過比較，我們選擇方案一，采用MSP430F5529單片機(jī)作為控制模塊。2. 顯示模塊的選擇方案一：采用OLED液晶顯示屏OLED液晶顯示屏抗震性能更好；視角范圍大；響應(yīng)速度快；發(fā)光效率高，功耗低；厚度可以小于1毫米，并且重量輕；成本低；但是壽命較短。方案二：采用LCD液晶顯示屏LCD液晶顯示屏顯示信息量大，顯示質(zhì)量高，低電壓低功耗；使用壽命較長。通過比較，我們選擇方案二，采用LCD液晶顯示屏作為顯示模塊。3. 傳感器模塊我們采用FDC2214作為傳感器。 利用FDC2214的工作原理可實(shí)現(xiàn)手勢接近和識別的功能，如圖1.1所示，黃色部分稱為“F

5、DC2214的傳感平面”，該平面為導(dǎo)體材質(zhì)，當(dāng)人手接近該平面時，傳感端的電容發(fā)生了變化，這就會導(dǎo)致LC電路振蕩頻率的變化，從而反映出手勢接近，以及手勢的判定。圖1.1 傳感器模塊設(shè)計(jì)圖4. 電源模塊采用220V轉(zhuǎn)5VUSB接口輸出的接線板作為電源模塊。5. 方案確定本設(shè)計(jì)采用5V電源給MSP430F5529單片機(jī)和FDC2214電容傳感器供電。MSP430F5529單片機(jī)外接按鍵，來控制工作模式。MSP430F5529單片機(jī)外接FDC2214電容傳感器，獲取頻率值，再通過頻率值判斷手勢，并通過LCD液晶顯示屏顯示。二、理論分析與計(jì)算1.理論分析傳感平面的面積越大、手勢與傳感平面的距離越小，感應(yīng)

6、的頻率變化越大，系統(tǒng)會越靈敏，但同時也可能引入越多的噪聲。2.計(jì)算圖2.1 被測電容器與LC電路圖設(shè)被測電容器的容抗為XC1,LC電路中電容器的容抗為XC，LC電路中電感器的感抗為XL,頻率為f。根據(jù)振蕩電路的條件有：容抗等于感抗。即XC1+XC=XL (2.1)式中XC1=1/（2fC1），XC=1/（2fC）,XL=2fL，其中C1為被測電容、C為電容器電容、L為電感器的電感。因此可得 (2.2）可見，在芯片每個檢測通道的輸入端連接一個電感和電容，組成LC電路，被測電容傳感端（圖3.1中灰色標(biāo)識部分即為被測電容）與LC電路相連接，將產(chǎn)生一個振蕩頻率，根據(jù)該頻率值可計(jì)算出被測電容值。三、電路

7、與程序設(shè)計(jì)1. 電路設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)總體框圖圖3.1 系統(tǒng)原理圖（2）控制模塊系統(tǒng)框圖圖3.2 控制模塊原理圖2.程序設(shè)計(jì)（1）程序流程圖圖3.3 測量電路程序流程圖圖3.4 控制電路程序流程圖（2）判決的流程圖圖3.5 判決的流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，手勢不同，測量電路能根據(jù)FDC2214傳回的數(shù)據(jù)，與沒有手勢時的數(shù)值比較，CH1CH6數(shù)值變化個數(shù)為z，CH7數(shù)值變化個數(shù)為x。當(dāng)x=1時，z等于0、1、2、3、4、5對應(yīng)的手勢分別為石頭、1、2/剪刀、3、4、5/布。當(dāng)x=0時，表示沒有手勢輸入。四、測試方案與測試結(jié)果1. 測試方案（1）硬件測試檢查各個螺絲接口和硅膠黏合物件是否連接牢固、電路焊接口

8、有無虛焊現(xiàn)象。（2）軟件仿真測試通過CCS軟件進(jìn)行程序編譯，檢查有無程序上的編譯或語法錯誤。再通過軟件進(jìn)行仿真，檢查是否達(dá)到預(yù)期結(jié)果。（3）硬件軟件聯(lián)調(diào)硬件測試和軟件仿真測試完成并達(dá)到測試標(biāo)準(zhǔn)后，將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)，測試并記錄5組相同的手勢的判決結(jié)果和每一次的判決時間，并計(jì)算判決的準(zhǔn)確率（百分比）以及平均時間。2.測試條件與儀器測試條件：5V電源供電。測試儀器：秒表。五、測試結(jié)果1.測試結(jié)果表5.1 判斷結(jié)果表2.誤差分析手掌放置的位置不對是引起誤差的主要來源。手掌放置的位置不對，導(dǎo)致通道測出的頻率值異常，從而導(dǎo)致測出的結(jié)果出錯。六、心得經(jīng)過四天三夜的努力奮斗，從最初的選材，到對材料進(jìn)行切割、焊

9、接、鉆孔等加工，再到程序的編寫調(diào)試。小組三人齊心協(xié)力，克服了設(shè)計(jì)中的種種問題。本次設(shè)計(jì)使用到的單片機(jī)MSP430F5529對于我們來說是一個比較熟悉的單片機(jī)，也就相對的容易上手。而反觀FDC2214未曾接觸過，所以顯得陌生，經(jīng)過這些天的學(xué)習(xí)也掌握了它的使用方法，這讓我們收獲十分巨大。對于一些元器件的使用也更加的熟練，本次設(shè)計(jì)全方面的考驗(yàn)了小組的配合能力，從硬件到軟件再到報(bào)告，小組三人相互配合協(xié)作，使我們?nèi)硕寄茉谶@些方面上有所提高。 七、參考文獻(xiàn) 1鄭煊，劉萌，張鹍.MSP430單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2014.2吳建平.傳感器原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.3肖志紅.平板式電容傳感器測量電路研究J.現(xiàn)代電子技術(shù),2004(17):105-106+108.4蒙文舜,楊運(yùn)經(jīng),劉云鵬.電容傳感器的原理及應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù),2003(07):78-81.5陳曉東,蘇宛新,邢忠寶,王化龍.基于單片機(jī)的OLED顯示器的應(yīng)用J.微計(jì)算機(jī)信息,2006(05):5-6+82.6路凱,李小堅(jiān).手勢識別研究概述J.西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)