2018年TI杯手勢(shì)識(shí)別

一、系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)主要由五個(gè)模塊包括測(cè)量電路模塊、傳感器模塊、顯示模塊、控制模塊、電源模塊。測(cè)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1.8～3.6V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(kāi)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(jiǎn)單,但高電平時(shí)無(wú)輸出能力，有些功能增加了硬件和軟件的負(fù)擔(dān)，運(yùn)行速度過(guò)慢，保護(hù)能力很差，容易燒壞。通過(guò)比較，我們選擇方案一，采用MSP430F5529單片機(jī)作為控制模塊。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(zhǎng)。通過(guò)比較，我們選擇方案二，采用LCD液晶顯示屏作為顯示模塊。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(shì)接近和識(shí)別的功能，如圖1.1所示，黃色部分稱(chēng)為“FDC2214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(shí)，傳感端的電容發(fā)生了變化，這就會(huì)導(dǎo)致LC電路振蕩頻率的變化，從而反映出手勢(shì)接近，以及手勢(shì)的判定。圖1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)圖電源模塊采用220V轉(zhuǎn)5VUSB接口輸出的接線(xiàn)板作為電源模塊。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(lái)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(guò)頻率值判斷手勢(shì)，并通過(guò)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(shì)與傳感平面的距離越小，感應(yīng)的頻率變化越大，系統(tǒng)會(huì)越靈敏，但同時(shí)也可能引入越多的噪聲。2.計(jì)算圖2.1被測(cè)電容器與LC電路圖設(shè)被測(cè)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/（2πfC1），XC=1/（2πfC）,XL=2πfL，其中C1為被測(cè)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(jiàn)，在芯片每個(gè)檢測(cè)通道的輸入端連接一個(gè)電感和電容，組成LC電路，被測(cè)電容傳感端（圖3.1中灰色標(biāo)識(shí)部分即為被測(cè)電容）與LC電路相連接，將產(chǎn)生一個(gè)振蕩頻率，根據(jù)該頻率值可計(jì)算出被測(cè)電容值。三、電路與程序設(shè)計(jì)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(cè)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(shì)不同，測(cè)量電路能根據(jù)FDC2214傳回的數(shù)據(jù)，與沒(méi)有手勢(shì)時(shí)的數(shù)值比較，CH1—CH6數(shù)值變化個(gè)數(shù)為z，CH7數(shù)值變化個(gè)數(shù)為x。當(dāng)x=1時(shí)，z等于0、1、2、3、4、5對(duì)應(yīng)的手勢(shì)分別為石頭、1、2/剪刀、3、4、5/布。當(dāng)x=0時(shí)，表示沒(méi)有手勢(shì)輸入。四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試方案（1）硬件測(cè)試檢查各個(gè)螺絲接口和硅膠黏合物件是否連接牢固、電路焊接口有無(wú)虛焊現(xiàn)象。（2）軟件仿真測(cè)試通過(guò)CCS軟件進(jìn)行程序編譯，檢查有無(wú)程序上的編譯或語(yǔ)法錯(cuò)誤。再通過(guò)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(cè)試和軟件仿真測(cè)試完成并達(dá)到測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)后，將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)，測(cè)試并記錄5組相同的手勢(shì)的判決結(jié)果和每一次的判決時(shí)間，并計(jì)算判決的準(zhǔn)確率（百分比）以及平均時(shí)間。2.測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：5V電源供電。測(cè)試儀器：秒表。五、測(cè)試結(jié)果1.測(cè)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(duì)是引起誤差的主要來(lái)源。手掌放置的位置不對(duì)，導(dǎo)致通道測(cè)出的頻率值異常，從而導(dǎo)致測(cè)出的結(jié)果出錯(cuò)。六、心得經(jīng)過(guò)四天三夜的努力奮斗，從最初的選材，到對(duì)材料進(jìn)行切割、焊接、鉆孔等加工，再到程序的編寫(xiě)調(diào)試。小組三人齊心協(xié)力，克服了設(shè)計(jì)中的種種問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)使用到的單片機(jī)MSP430F5529對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較熟悉的單片機(jī)，也就相對(duì)的容易上手。而反觀(guān)FDC2214未曾接觸過(guò)，所以顯得陌生，經(jīng)過(guò)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(duì)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(cè)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(shì)識(shí)別研究概述[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(02):91-94.附錄：電路原理圖系統(tǒng)總體原理圖圖