一种电容感应式的人手运动手势识别装置的制作方法

本实用新型属于传感检测技术和单片机控制技术领域，具体涉及一种电容感应式的人手运动手势识别装置。

背景技术：

目前已有的人手运动手势识别一般是基于图像处理技术和穿戴式传感器技术。采用图像处理技术的手势识别会增加算法设计的难度，同时还需配置高的硬件成本，如高清摄像头、高速DSP处理器等。采用穿戴式传感器技术是将感应传感器放置于手指相应部位，然后根据手部的不同运动状态，传感器输出相应的感应信号，然后通过嵌入式处理器完成信号的处理，最后在PC机或LCD1上显示手势识别结果。采用穿戴式传感器实现的手势识别普遍硬件成本较高，同时如果不是采用无线或者蓝牙数据传送，则使用的方便性方面会受到较大限制。为了降低手势识别的硬件成本同时实用性方面也能满足要求，提出了一种电容感应式的人手运动手势识别方法，采用LC谐振原理的电容检测传感器，在芯片的每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成LC电路，被测电容端即极板与LC电路相连接。当人手靠近传感平面，传感端的电容会根据用户不同手势发生了相应变化，从而导致LC震荡电路震荡频率的变化，通过每次检测变化的不同，从而判断出每次手势的形状变化。但目前基于此的手势识别平台未见有相关的报道，只有部分高校开始有所关注，但并没形成一个完整的、综合的基于电容式的人手运动手势识别系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电容感应式的人手运动手势识别装置。

本实用新型包括电容式感应传感器模块和单片机控制模块。电容式感应传感器模块和单片机控制模块均设置在平台上。

电容式感应传感器模块包括第一电容感测集成电路U2、第二电容感测集成电路U3、第一手指电容感应极板B1，第二手指电容感应极板B2，第三手指电容感应极板B3，第四手指电容感应极板B5和第五手指电容感应极板B6，手掌感应极板B4；电容极板选用普通的铜箔板，电容感测集成电路选用TI公司生产的FDC2214芯片。第一电容感测集成电路U2的VCC脚与第二电容感测集成电路U3的VCC脚相连后连接+3.3V电压输出端，第一电容感测集成电路U2的第二电容感测集成电路GND脚跟U3的GND脚相连后接地。第一电容感测集成电路U2的SDA脚连接U4A的112脚，第一电容感测集成电路U2的SCL连接U4A的113脚。第一电容感测集成电路U2的IN1脚连接第一手指电容感应极板B1的1脚,第一电容感测集成电路IN2脚连接第二手指电容感应极板B2的1脚，第一电容感测集成电路IN3脚连接第三手指电容感应极板B3的1脚，第一电容感测集成电路IN4脚连接手掌感应极板B4的1脚。第二电容感测集成电路U2的SDA脚连接U4A的45脚，第二电容感测集成电路U2的SCL连接U4A的44脚。第二电容感测集成电路U3的IN1脚接第四手指电容感应极板B5的1脚，第二电容感测集成电路U3的IN2脚接第五手指电容感应极板B6的1脚。

单片机控制模块包括电源部分、按键部分、显示部分和单片机部分。

电源部分包括三端5V输出的稳压芯片W1、电源转换芯片U1。稳压芯片W1的IN脚输入+12V，GND脚接地，稳压芯片W1的OUT脚输出5V后与电容C1的一端连接后接电源转换芯片U1的3脚，电源转换芯片U1的1脚与电容C1的另一端连接后接地。电源转换芯片U1的2脚、电源转换芯片U1的4脚、电容C2一端、电容C3一端连接后作为+3.3V电压输出端，电容C2的另一端、电容C3的另一端接地。

按键部分包括三个两脚贴片按键。第一按键KEY1的一端、第二按键KEY2的一端、第三按键KEY3的一端接地。第一按键KEY1的另一端连接主控芯片U4的34脚，第二按键KEY2的另一端连接第二瓷片电容U4的110脚，第三按键KEY3的另一端连接主控芯片U4的96脚。

显示部分包括液晶显示模块LCD1，液晶显示模块LCD1采用800*480点阵的带触摸功能的液晶显示屏。液晶显示模块LCD1的28脚和电容C5的一端连接后接稳压芯片W1的OUT脚输出的+5V电压；液晶显示模块LCD1的24脚与电容C4的一端连接后接+3.3V电压输出端；电容C5的另外一端、液晶显示模块LCD1的22脚、液晶显示模块LCD1的27脚、电容C4的另外一端连接后接地。液晶显示模块LCD1的25脚接+3.3V电压输出端。液晶显示模块LCD1的27脚接地。

液晶显示模块LCD1的1脚连接主控芯片U4的11脚，液晶显示模块LCD1的2脚连接主控芯片U4的50脚，液晶显示模块LCD1的3脚接主控芯片U4的7脚，液晶显示模块LCD1的4脚接主控芯片U4的10脚，液晶显示模块LCD1的6脚接主控芯片U4的85脚，液晶显示模块LCD1的7脚接主控芯片U4的86脚，液晶显示模块LCD1的8脚接主控芯片U4的141脚。液晶显示模块LCD1的9脚脚接主控芯片U4的142脚，液晶显示模块LCD1的10脚接主控芯片U4的58脚，液晶显示模块LCD1的11脚接主控芯片U4的59脚，液晶显示模块LCD1的12脚接主控芯片U4的60脚。液晶显示模块LCD1的13脚接主控芯片U4的63脚，液晶显示模块LCD1的14脚接主控芯片U4的64脚，液晶显示模块LCD1的15脚接主控芯片U4的65脚，液晶显示模块LCD1的16脚接主控芯片U4的66脚，液晶显示模块LCD1的17脚接主控芯片U4的67脚，液晶显示模块LCD1的18脚接主控芯片U4的68脚，液晶显示模块LCD1的19脚接主控芯片U4的77脚，液晶显示模块LCD1的20脚接主控芯片U4的78脚，液晶显示模块LCD1的21脚接主控芯片U4的79脚，液晶显示模块LCD1的29脚接主控芯片U4的14脚。液晶显示模块LCD1的30脚接主控芯片U4的19脚，液晶显示模块LCD1的31脚接主控芯片U4的15脚，液晶显示模块LCD1的33脚接主控芯片U4的18脚，液晶显示模块LCD1的34脚接主控芯片U4的20脚。

单片机部分包括主控芯片U4，主控芯片U4选用ST公司生产的STM32F407ZET6单片机芯片，该芯片分成两部分。

主控芯片U4的30脚、17脚、39脚、52脚、62脚、72脚、84脚、95脚、108脚、121脚、131脚、144脚连接后接+3.3V电压输出端；主控芯片U4的32脚、主控芯片U4的33脚、电容C6的一端、电容C7的一端、电容C8的一端相连后连接至+3.3V电压输出端；电容C6的另一端、电容C7的另一端与电容C8的另一端相连后接地。主控芯片U4的16脚、31脚、38脚、51脚、61脚、83脚、94脚、107脚、120脚和130脚相连后接地。

本实用新型采用电容式传感器感应技术来实现手势的训练和识别，电容式传感器具有低功耗、低成本且高分辨率的非接触式感测特点。该电容感应式的人手运动手势识别装置可以实时进行手势的训练和识别，该识别装置整体硬件成本较低、同时使用方便，可以广泛应用于需要实时识别手势的场合。比如猜拳游戏和划拳游戏的手势识别。如猜拳游戏的手势：“石头”、“剪刀”和“布”的识别；划拳游戏的手势：“1”、“2”、“3”、“4”和“5”的识别等。

附图说明

图1为本实用新型的整体模块示意图；

图2为图1中电容式感应传感器模块的电路图；

图3为图1中单片机控制模块的单片机部分电路图。

图4为图1中单片机控制模块的电源部分电路图。

图5为图1中单片机控制模块的按键和显示部分电路图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，一种电容感应式的人手运动手势识别装置，包括电容式感应传感器模块1和单片机控制模块2。电容式感应传感器模块1和单片机控制模块2均设置在平台上。

如图2所示，电容式感应传感器模块1包括第一电容感测集成电路U2、第二电容感测集成电路U3、第一手指电容感应极板B1，第二手指电容感应极板B2，第三手指电容感应极板B3，第四手指电容感应极板B5和第五手指电容感应极板B6，手掌感应极板B4；电容极板选用普通的铜箔板，电容感测集成电路选用TI公司生产的FDC2214芯片。第一电容感测集成电路U2的VCC脚与第二电容感测集成电路U3的VCC脚相连后连接+3.3V电压输出端，第一电容感测集成电路U2的第二电容感测集成电路GND脚跟U3的GND脚相连后接地。第一电容感测集成电路U2的SDA脚连接U4A的112脚，第一电容感测集成电路U2的SCL连接U4A的113脚。第一电容感测集成电路U2的IN1脚连接第一手指电容感应极板B1的1脚,第一电容感测集成电路IN2脚连接第二手指电容感应极板B2的1脚，第一电容感测集成电路IN3脚连接第三手指电容感应极板B3的1脚，第一电容感测集成电路IN4脚连接手掌感应极板B4的1脚。第二电容感测集成电路U2的SDA脚连接U4A的45脚，第二电容感测集成电路U2的SCL连接U4A的44脚。第二电容感测集成电路U3的IN1脚接第四手指电容感应极板B5的1脚，第二电容感测集成电路U3的IN2脚接第五手指电容感应极板B6的1脚。

如图3～5所示，单片机控制模块2包括电源部分、按键部分、显示部分和单片机部分。

电源部分包括三端5V输出的稳压芯片W1、电源转换芯片U1。稳压芯片W1的IN脚输入+12V，GND脚接地，稳压芯片W1的OUT脚输出5V后与电容C1的一端连接后接电源转换芯片U1的3脚，电源转换芯片U1的1脚与电容C1的另一端连接后接地。电源转换芯片U1的2脚、电源转换芯片U1的4脚、电容C2一端、电容C3一端连接后作为+3.3V电压输出端，电容C2的另一端、电容C3的另一端接地。电源转换芯片U1选用的型号为AMS公司生产的AMS1117-3.3。

按键部分包括三个两脚贴片按键。第一按键KEY1的一端、第二按键KEY2的一端、第三按键KEY3的一端接地。第一按键KEY1的另一端连接主控芯片U4的34脚，第二按键KEY2的另一端连接第二瓷片电容U4的110脚，第三按键KEY3的另一端连接主控芯片U4的96脚。

显示部分包括液晶显示模块LCD1，液晶显示模块LCD1采用800*480点阵的带触摸功能的液晶显示屏。液晶显示模块LCD1的28脚和电容C5的一端连接后接稳压芯片W1的OUT脚输出的+5V电压；液晶显示模块LCD1的24脚与电容C4的一端连接后接+3.3V电压输出端；电容C5的另外一端、液晶显示模块LCD1的22脚、液晶显示模块LCD1的27脚、电容C4的另外一端连接后接地。液晶显示模块LCD1的25脚接+3.3V电压输出端。液晶显示模块LCD1的27脚接地。

液晶显示模块LCD1的1脚连接主控芯片U4的11脚，液晶显示模块LCD1的2脚连接主控芯片U4的50脚，液晶显示模块LCD1的3脚接主控芯片U4的7脚，液晶显示模块LCD1的4脚接主控芯片U4的10脚，液晶显示模块LCD1的6脚接主控芯片U4的85脚，液晶显示模块LCD1的7脚接主控芯片U4的86脚，液晶显示模块LCD1的8脚接主控芯片U4的141脚。液晶显示模块LCD1的9脚脚接主控芯片U4的142脚，液晶显示模块LCD1的10脚接主控芯片U4的58脚，液晶显示模块LCD1的11脚接主控芯片U4的59脚，液晶显示模块LCD1的12脚接主控芯片U4的60脚。液晶显示模块LCD1的13脚接主控芯片U4的63脚，液晶显示模块LCD1的14脚接主控芯片U4的64脚，液晶显示模块LCD1的15脚接主控芯片U4的65脚，液晶显示模块LCD1的16脚接主控芯片U4的66脚，液晶显示模块LCD1的17脚接主控芯片U4的67脚，液晶显示模块LCD1的18脚接主控芯片U4的68脚，液晶显示模块LCD1的19脚接主控芯片U4的77脚，液晶显示模块LCD1的20脚接主控芯片U4的78脚，液晶显示模块LCD1的21脚接主控芯片U4的79脚，液晶显示模块LCD1的29脚接主控芯片U4的14脚。液晶显示模块LCD1的30脚接主控芯片U4的19脚，液晶显示模块LCD1的31脚接主控芯片U4的15脚，液晶显示模块LCD1的33脚接主控芯片U4的18脚，液晶显示模块LCD1的34脚接主控芯片U4的20脚。

单片机部分包括主控芯片U4，主控芯片U4选用ST公司生产的STM32F407ZET6单片机芯片，该芯片分成两部分。

主控芯片U4的30脚、17脚、39脚、52脚、62脚、72脚、84脚、95脚、108脚、121脚、131脚、144脚连接后接+3.3V电压输出端；主控芯片U4的32脚、主控芯片U4的33脚、电容C6的一端、电容C7的一端、电容C8的一端相连后连接至+3.3V电压输出端；电容C6的另一端、电容C7的另一端与电容C8的另一端相连后接地。主控芯片U4的16脚、31脚、38脚、51脚、61脚、83脚、94脚、107脚、120脚和130脚相连后接地。

工作过程：

外接+12V直流电源输入后，经过W1的三端稳压器后输出+5V直流电压，给电源转换芯片U1和液晶显示模块LCD1供电，然后通过电源转换芯片U1输出+3.3V的直流电压，给主控芯片U4、第一电容感测集成电路U2、第二电容感测集成电路U3和液晶显示模块LCD1供电，装置上电后，相应的电路工作原理如下。

主控芯片U4主要完成对液晶显示模块LCD1、第一电容感测集成电路U2和第二电容感测集成电路U3的初始设置工作；第一电容感测集成电路U2和第二电容感测集成电路U3采集电容感应极板的传感信号后输入到主控芯片U4，然后主控芯片U4完成数据的存储、排序和取平均值等操作后，将数据存到手势对应的数组中；主控芯片U4控制液晶显示模块LCD1液晶屏的内容的显示，同时也可接收液晶显示模块LCD1液晶屏信息的输入。

手指电容感应极板B1，B2，B3，B5和B6采集手指传感信号后，输入到第一电容感测集成电路U2和第二电容感测集成电路U3进行电容感应信号的处理；手掌感应极板B4采集手掌传感信号后，第二电容感测集成电路输入到U3进行电容感应信号的处理。

液晶显示模块LCD1液晶屏主要完成相应内容的界面显示，内容如人手运动手势识别装置、猜拳游戏和划拳游戏、训练、识别、猜拳和划拳等，同时液晶显示模块LCD1液晶屏通过触摸按键进行信息的输入。其中猜拳游戏手势有石头、剪刀或者布等；划拳游戏的手势有“1”、“2”、“3”、“4”和“5”等。KEY1按键功能为猜拳游戏和划拳游戏模式的选择；KEY2实现单片机STM32F407ZET6的重新复位；KEY3实现LCD1亮度的调节。