一种基于FDC2214的手势识别装置的制作方法

本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于fdc2214的手势识别装置。

背景技术：

随着电子信息技术和智能设备的兴起，人们对于人机交互的便捷性、实时性要求也越来越高。目前，在人机交互技术领域手势、人脸识别、指纹识别等新兴技术得到了广泛的应用。而手势作为人们日常生活中一种直观的、自然的交流方式，在人机交互领域扮演了重要的角色。

手势识别技术经过多年的发展已日趋成熟，并且无论是在智能穿戴设备、vr还是智能家居等领域，许多产品都在试图增加手势识别这一功能。目前，手势识别的主流方案主要有基于计算机视觉、基于红外传感器、基于惯性传感器和基于光学技术的几大方案。基于计算机视觉识别的技术，其识别流程一般分为手势图像抓取、手势分割、手势特征提取，手势检测四大部分；其识别的灵敏度和准确度由摄像头和处理器决定。但由于摄像头成本较高和识别算法的开发难度较大，其技术并未得到很大普及。基于红外传感器识别手势的方案使用红外对管做输入输出信号，用单片机控制并做检测和处理信号的低成本手势检测方案。红外对管方案识别距离取决于红外管的性能，且红外对管受光强的影响较大，会严重影响性能和稳定性，此方案并未被完全采用。基于惯性传感器的手势识别方案主要是利用加速度计和陀螺仪获取手的运动状态信息，从而判断出手势，其识别结果较为准确，并且稳定性也很高，但是受限于识别时需要使用者在手上穿戴特定设备才能识别，因此应用范围受到了很大限制。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，发明了一种基于fdc2214电容数字传感器的手势识别装置。

本发明的技术方案：

一种基于fdc2214的手势识别装置包括msp430g2553主控单元、fdc2214电容传感器检测单元和人机交互单元；

所述的msp430g2553主控单元采用msp430g2553芯片作为核心处理器，并包括有保证处理器正常工作的电源电路、时钟晶振电路和复位电路。

电源电路采用了lm1117-3.3稳压芯片，输入电压范围为5-12v，在稳压芯片输入端和输出端设置有对地滤波电容，为整个装置提供稳定的3.3v电压。时钟电路包括32.768khz低速晶体振荡器电路，低速晶体振荡器在主控单元休眠时使用。

复位电路采用手动rc复位电路，用于在主控单元出现异常时复位。

所述的fdc2214电容传感器检测单元包括fdc2214芯片和被测电容。

fdc2214芯片的输入通道0的in0a端和电感l1的一端连接，同时与电容c9的一端连接，输入通道0的in0b端与电感l1和电容c9的另一端连接，电感l1和电容c9组成一个lc振荡电路，被测电容csensor1的一端与电感l1的一端连接，被测电容csensor1的另一端与gnd连接。输入通道1的in1a端和电感l2的一端连接，同时与电容c11的一端连接，输入通道1的in1b端与电感l2和电容c11的另一端连接，电感l2和电容c11组成一个lc振荡电路，被测电容csensor2的一端与电感l2的一端连接，被测电容csensor2的另一端与gnd连接。输入通道3的in3a端和电感l3的一端连接，同时与电容c12的一端连接，输入通道3的in3b端与电感l3和电容c12的另一端连接，电感l3和电容c12组成一个lc振荡电路，被测电容csensor3的一端与电感l3的一端连接，被测电容csensor3的另一端与gnd连接。输入通道4的in4a端和电感l4的一端连接，同时与电容c9的一端连接，输入通道4的in4b端与电感l4和电容c13的另一端连接，电感l4和电容c13组成一个lc振荡电路，被测电容csensor4的一端与电感l4的一端连接，被测电容csensor4的另一端与gnd连接。所述由电感和电容组成的lc电路将产生一个振荡频率fs。

进一步的，所述被测电容为四个面积不一的铜片，四个面积不一的铜片呈五指展开时的形状布置。

所述fdc2214芯片的vdd引脚连接到电源电路的输出端，addr、gnd、pad三个引脚共同连接到gnd。fdc2214芯片的clkin经过一个串联的0欧姆电阻连接在一个来自外部40mhz高精度晶振的输出端，该40mhz高精度晶振为fdc2214芯片提供一个参考频率fref，来测量各个通道由lc振荡电路产生的振荡频率fs。fdc2214芯片将测量的振荡频率fs转换为数字量，同时fdc2214芯片的iic引脚scl和sda与msp430g2553芯片的两个引脚p1.5和p2.0连接，msp430g2553通过io模拟iic协议读取fdc2214芯片的转换结果。

所述的人机交互单元包括oled显示屏和按键电路。本发明采用功耗低、体积小的oled显示屏，oled显示屏的oled_scl和oled_sda引脚分别连接在msp430g2553芯片的引脚p2.1和p2.2上，通过io模拟iic协议进行通信实现多功能显示，oled显示屏的引脚1连接到电源电路的输出端，引脚2连接到gnd。所述按键电路的按键key1的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.5上，另一端连接至gnd；按键key2的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.4上，另一端连接至gnd；按键key3的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.3上，另一端连接至gnd。

所述的系统程序指手势识别装置开机后，首先对主控芯片msp430g2553和传感器fdc2214进行初始化，初始化完成后在oled显示屏上显示主页面，提示使用者使用按键选择识别模式或进入训练模式进行训练。如果使用者按下按键1，则进入模式1，进行对手势一、二、三、四、五共5种手势的识别。如果使用者按下按键2，则进入模式2，进行对手势石头、剪刀、布共3种手势的识别。如果使用者按下按键3，则进入训练模式，训练模式是为了适应不同手形的人而设置，进入训练模式后，oled显示屏再次提示使用者使用按键选择模式，如果使用者按下了按键1，则进入模式1的训练模式；如果使用者按下了按键2，则进入模式2的训练模式。进入训练模式后，要求训练者依次做出模式1的五种手势或模式2的三种手势，再训练者做出手势后，主控单元将学习并录入训练者的手形数据进行保存。完成训练后，将直接进入对手势的识别程序，在使用者做出手势后，主控单元对被测电容的电容值进行比较判断，识别出手势。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种新的手势识别方案，采用的fdc2214电容传感器不受光强等环境的影响，准确度和稳定性高。克服了现有技术方案成本高、算法复杂或受外界环境影响致使准确性和稳定性降低的缺点，本发明在对使用者短暂训练后不仅识别准确率高，而且识别速度和稳定性都很高。同时本发明是一种低成本、便捷的手势识别技术方案，便于广泛应用和推广。

附图说明

图1为手势识别装置系统结构图；

图2为手势识别装置电路原理图。

图3为手势识别装置系统程序流程图；

图4为被测电容布置图。

其中：1fdc2214电容传感器检测单元；2电源电路；3msp430g2553芯片；4晶振电路；5msp430g2553主控单元；6复位电路；7人机交互单元。

具体实施方式

结合技术方案和附图对本发明进一步说明，实施例的基于fdc2214的手势识别装置包括msp430g2553主控单元5、fdc2214电容传感器检测单元1和人机交互单元7。

所述电源电路2的输出端3v3连接在msp430g2553芯片3的电源引脚vdd上，电源电路2的gnd和msp430g2553芯片3的引脚gnd相连接，电源电路2的输出端3v3同时连接在fdc2214电容传感器检测单元1和人机交互单元的电源引脚上，为各单元提供稳定的电压。所述晶振电路4和复位电路6连接在msp430g2553芯片的对应引脚上。所述fdc2214电容传感器检测单元1与msp430g2553主控单元5连接，并通过iic协议进行通信。所述人机交互单元7与msp430g2553连接，并通过iic协议进行通信。如图2所示，所述fdc2214芯片电源引脚vdd和gnd与电源单元相连接，fdc2214芯片的iic引脚scl和sda与msp430g2553芯片的两个引脚p1.5和p2.0连接，msp430g2553通过io模拟iic协议读取fdc2214芯片的转换结果，同时在scl引脚和sda引脚上设置阻值为4.7k欧姆的上拉电阻。所述被测电容，即图2中的灰色部分，与lc振荡电路的一端相连接，形成一个电容值可变的lc振荡电路，从而产生振荡频率可变的振荡频率fs。所述lc电路分别连接在芯片的四个通道。lc电路产生的振荡频率fs经过fdc2214芯片转换为数字量。如图3所示，本发明经过对msp430g2553和fdc2214的初始化后开始工作，并通过按键选择工作模式，在相应的工作模式下进行手势的检测识别并显示识别结果。如图4所示，被测电容1、2、3、4为四个面积不一的铜片，被测电容在装置中呈五指形状布置。

实施例的具体实施步骤如下:

1)msp430g2553主控单元

msp430g2553主控单元5采用msp430g2553芯片3作为核心处理器，在芯片周围有保证处理器正常工作的电源电路2、时钟晶振电路4、复位电路6。电源电路采用输入电压范围较大的lm1117-3.3稳压芯片，同时在稳压芯片输入端vbat和输出端3v3设置有对地滤波电容c1、c2、c3，从而为整个手势识别装置输出稳定的3.3v电压。时钟电路包括供在主控单元5休眠时使用的32.768khz低速晶体振荡器电路，晶振的两端分别连接在msp430g2553芯片的引脚p2.6和p2.7上。为了保证系统异常时能够恢复正常，设置了经典的手动按键rc复位电路6，按下按键时将在msp430g2553芯片3的reset引脚产生一个低电平脉冲使主控单元强制复位。

2)fdc2214电容传感器检测单元

如图2所示，fdc2214芯片的vdd和gnd引脚之间并联一个0.1uf和一个1uf的对地电容滤波，同时vdd连接到电源单元输出的3.3v，gnd与电源单元地相连。fdc2214芯片的iic引脚scl和sda分别与msp430g2553芯片iic外设的引脚scl和sda连接。在fdc2214芯片的四个测量通道的输入端连接一个18uh的电感和33pf的电容组成lc振荡电路。被测电容1、2、3、4(图2中灰色部分)与lc电路相连接，将产生一个随被测电容值变化的振荡频率fs，fdc2214芯片使用来自外部的高精度40mhz参考频率来测量振荡频率fs，并转换为数字量保存，msp430g2553通过scl和sda引脚以iic协议读取测量结果。

3)人机交互单元

人机交互单元7包括oled显示屏、按键电路。本实例采用功耗低、体积小的oled显示屏与主控芯片3连接，通过io模拟iic协议进行通信实现多功能显示。按键电路的按键key1的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.5上，另一端连接至gnd；按键key2的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.4上，另一端连接至gnd；按键key3的一端连接在msp430g2553芯片的引脚p2.3上，另一端连接至gnd。主控芯片3通过检测按键所连接引脚的电平来判断按键是否按下，并执行与按键相应的程序。

4)系统程序流程

手势识别装置开机后，首先对主控芯片和传感器fdc2214进行初始化，初始化完成后在oled显示屏上显示主页面，提示使用者使用按键选择开始识别或进入训练模式进行训练。如果使用者按下按键1，则进入模式1，进行对手势1、2、3、4、5共5种手势的识别。如果使用者按下按键2，则进入模式2，进行对手势石头、剪刀、布共3种手势的识别。如果使用者按下按键3，则进入训练模式，训练模式是为了适应不同手形的人而设置，进入训练模式后，oled显示屏再次提示使用者使用按键选择模式，如果使用者按下了按键1，则进入模式1的训练模式；如果使用者按下了按键2，则进入模式2的训练模式。进入训练模式后，要求训练者依次做出模式1的五种手势或模式2的三种手势，再训练者做出手势后，主控单元将学习并录入训练者的手形数据进行保存。完成训练后，将直接进入对手势的识别程序，再使用者做出手势后，主控单元对被测电容的电容值进行比较判断，识别出手势。