一种基于电容传感器的手势识别装置的制作方法

本实用新型涉及手势识别技术领域，尤其涉及一种基于电容传感器的手势识别装置。

背景技术：

随着机器学习的发展，出现了大量基于机器学习的智能终端，如手势识别、面部识别、姿态识别等，机器学习的加入使得识别准确度方面有非常大的提升。

目前市面上的手势识别装置主要分为三种：第一种基于图像处理的手势识别装置，使用摄像头拍摄手部照片，然后用机器学习算法处理图像识别手的位置和形状，进一步识别手势。此方案对硬件设备要求较高，成本昂贵，且对光线条件有一定的要求，应用场景受到局限；第二种基于多个传感器采集手指及手掌位置、速度等信息，再利用机器学习算法处理传感器数据。此方案需要在被识别者手上固定较多数量的传感器，硬件成本较高，且会在一定程度上影响手部运动，应用局限性高；第三种基于电容传感器的感应电容值变化，判断相对应的手势。将在与人体手掌展开形状相适配的基板上将人的手掌位置覆上铜模，作为信号感应端。当手指靠近铜模时，产生一个感应式电容。此方案的基板通常为一个，且为平面形状。经测试发现，此类装置可识别的手势类型较为匮乏，通常只能在单一平面识别手势，而在空间内做出的手势难以识别。

技术实现要素：

本实用新型目的在于解决上述技术问题，从而提供一种基于电容传感器的手势识别装置。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于电容传感器的手势识别装置，包括手势感应传感器、显示模块及电源，所述电源与手势感应传感器、显示模块分别连接，本实用新型提出所述手势感应传感器包括采集板、铜模及电容传感器，所述铜模、电容传感器及电源依次连接，所述采集板包括第一采集板1、第二采集板2及第三采集板3，第二采集板2、第三采集板3相对设置，且分别与第一采集板1垂直；所述铜模包括分别与电容传感器连接的第一铜模11、第二铜模12、第三铜模13、第四铜模14、第五铜模15及第六铜模，第一铜模11、第二铜模12、第三铜模13及第四铜模14分别安装于第一采集板1表面，第五铜模15安装于第二采集板2内壁，第六铜模安装于第三采集板3内壁。

进一步地，还包括微处理器，微处理器与手势感应传感器、显示模块、电源分别连接，铜模、电容传感器及微处理器依次连接。

进一步地，还包括键盘模块，所述键盘模块与微处理器连接。

进一步地，所述电容传感器包括芯片u1、晶振y1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电感l1、连接器j1、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电感l2、连接器j2、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电感l3、连接器j3及电容c16，芯片u1第17脚接地，第8脚与第17脚连接，第4、5、6、15及16脚均闲置，第7脚与电源连接，第5、6脚分别与微处理器连接，第3脚与晶振y1第3脚连接，晶振y1第3脚接地，晶振y1第4脚与电源、电容c16一端分别连接，电容c16另一端接地，晶振y1第1脚与晶振y1第2脚连接，晶振y1第2脚接地；芯片u1第9脚电容c14一端、电容c15一端、电感l3一端、电容c13一端、连接器j3第1脚分别连接，电容c14另一端与电容c11一端连接，电容c14另一端接地；电容c15另一端与电容c12一端连接，电容c15另一端接地，电容c11另一端、电容c12另一端、电感l3另一端、电容c13另一端、连接器j3第2脚分别与芯片u1第10脚连接；芯片u1第11脚与电容c9一端、电容c10一端、电感l2一端、电容c8一端、连接器j2第1脚分别连接，电容c9另一端与电容c6一端连接，电容c9另一端接地；电容c10另一端与电容c7一端连接，电容c10另一端接地；电容c6另一端、电容c7另一端、电感l2另一端、电容c8另一端、连接器j2第2脚分别与芯片u1第12脚连接；芯片u1第13脚与电容c4一端、电容c5一端、电感l1一端、电容c3一端、连接器j1第1脚连接，电容c4另一端与电容c1一端连接，电容c4另一端接地；电容c5另一端与电容c2一端连接，电容c5另一端接地；电容c1另一端、电容c2另一端、电感l1另一端、电容c3另一端、连接器j1另一端分别与芯片u1第14脚连接。

进一步地，所述微处理器为stm32f103cbt6，stm32f103cbt6的第38、39、40、41脚分别与显示模块连接，stm32f103cbt6第42脚与芯片u1第1脚连接，stm32f103cbt6第43脚与芯片u1第2脚连接，stm32f103cbt6第24、25、26、27、28、29、32、33脚分别与键盘模块连接。

进一步地，所述键盘模块包括按键s1、按键s2、按键s3、按键s4、按键s5、按键s6、按键s6、按键s7、按键s8、按键s9、按键s10、按键s11、按键s12、按键s13、按键s14、按键s15及按键s16，按键s1一端、按键s5一端、按键s9一端、按键s13一端分别与微处理器stm32f103cbt6第33脚连接，按键s2一端、按键s6一端、按键s10一端、按键s14一端分别与微处理器stm32f103cbt6第32脚连接，按键s3一端、按键s7一端、按键s11一端、按键s15一端分别与微处理器stm32f103cbt6第29脚连接，按键s4一端、按键s8一端、按键s12一端、按键s16一端分别与微处理器stm32f103cbt6第28脚连接；按键s1另一端、按键s2另一端、按键s3另一端、按键s4另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第27脚连接，按键s5另一端、按键s6另一端、按键s7另一端、按键s8另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第26脚连接，按键s9另一端、按键s10另一端、按键s11另一端、按键s12另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第25脚连接，按键s13另一端、按键s14另一端、按键s15另一端、按键s16另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第24脚连接。

进一步地，所述显示模块为显示屏sh1106oled，sh1106oled第1、7脚均接地，第2脚与电源连接，第3脚与微处理器stm32f103cbt6第41脚连接，sh1106oled第4脚与stm32f103cbt6第40脚连接，sh1106oled第5脚与stm32f103cbt6第39脚连接，sh1106oled第6脚与stm32f103cbt6第38脚连接。

进一步地，所述第一铜模11与第五铜模15之间的水平距离为第一距离d1，第一铜模11与第二铜模12之间的水平距离为第二距离d2，第二铜模12与第六铜模之间的水平距离为第三距离d3，第一铜模11与第三铜模13之间的垂直距离为第四距离d4，第二铜模12与第四铜模14之间的垂直距离为第五距离d5，第三铜模13与第五铜模15之间的水平距离为第六距离d6，第三铜模13与第四铜模14之间的距离为第七距离d7，第四铜模14与第六铜模之间的水平距离为第八距离d8，所述第一距离d1、第二距离d2、第三距离d3、第四距离d4、第五距离d5、第六距离d6、第七距离d7、第八距离d8均小于0.5cm。

与现有技术相比，本实用新型主要有益效果如下：(1)本实用新型克服了现有技术的技术缺陷，结构上将采集板由平面结构改进为立体结构，采集板表面的铜模在不同维度合理排布，使铜模能够在空间范围内采集、识别更多种类的人体手势。手势识别不再仅仅局限于平面手势，改进至能够识别立体手势及平面手势，增加了手势识别种类，使手势识别的多样性大大地丰富，应用场景更加广泛。(2)当人体手指、手掌进入电磁场，对电磁场分布产生影响，进而使第一铜模与第二铜模之间、第三铜模与第四铜模之间、第五铜模与第六铜模之间的感应电容值均发生改变，感应电容值发生改变后，高频交流信号频率值发生变化。当微处理器接收到高频交流信号频率值发生变化的信号之后，根据预先录入的多种手势数据，得到相对应的手势，并将对应手势显示至显示模块，进而识别对应手势。使手势识别不受光照影响，识别速度快，使用方便。(3)通过设置键盘模块及显示模块，用户按下键盘模块按键后，显示屏显示出相应手势，实现人机交互，形式新颖独特。(4)本实用新型使用方便，手势识别种类多，识别速度快，结构简单，制造成本低廉，具有重要市场价值。

附图说明

图1为本实用新型系统结构图

图2为本实用新型采集板结构图

图3为本实用新型电容传感器原理图

图4为本实用新型微处理器连接图

图5为本实用新型键盘模块原理图

图6为本实用新型显示模块原理图

图中：

1-第一采集板；11-第一铜模；12-第二铜模；13-第三铜模；14-第四铜模；15-第五铜模；2-第二采集板；3-第三采集板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1及图2，一种基于电容传感器的手势识别装置，包括手势感应传感器、显示模块及电源，所述电源与手势感应传感器、显示模块分别连接，本实用新型提出所述手势感应传感器包括采集板、铜模及电容传感器，所述铜模、电容传感器及电源依次连接，所述采集板包括第一采集板1、第二采集板2及第三采集板3，第二采集板2、第三采集板3相对设置，且分别与第一采集板1垂直；所述铜模包括分别与电容传感器连接的第一铜模11、第二铜模12、第三铜模13、第四铜模14、第五铜模15及第六铜模，第一铜模11、第二铜模12、第三铜模13及第四铜模14分别安装于第一采集板1表面，第五铜模15安装于第二采集板2内壁，第六铜模安装于第三采集板3内壁。

优选地，第一采集板1、第二采集板2及第三采集板3所围成区域的长度为30cm以上，宽度为20cm以上，高度为20cm以上，人体的手指、手掌在该区域内能够自由活动。

优选地，第一铜模11、第二铜模12、第三铜模13及第四铜模14能够覆盖第一采集板1整个表面，第五铜模15能够覆盖第二采集板2整个内壁，第六铜模能够覆盖第三采集板3整个内壁，从而增大手势采集有效区域。

优选地，第一铜模11位于第一采集板1左上端，第二铜模12位于第一采集板1右上端，第三铜模13位于第一采集板1左下端，第四铜模14位于第一采集板1右下端，第五铜模15位于第一采集板1左侧，第六铜模位于第一采集板1右侧。

进一步地，还包括微处理器，微处理器与手势感应传感器、显示模块、电源分别连接，铜模、电容传感器及微处理器依次连接。

进一步地，还包括键盘模块，所述键盘模块与微处理器连接。

进一步地，如图3，电容传感器包括芯片u1、晶振y1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电感l1、连接器j1、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电感l2、连接器j2、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电感l3、连接器j3及电容c16，芯片u1第17脚接地，第8脚与第17脚连接，第4、5、6、15及16脚均闲置，第7脚与电源连接，第5、6脚分别与微处理器连接，第3脚与晶振y1第3脚连接，晶振y1第3脚接地，晶振y1第4脚与电源、电容c16一端分别连接，电容c16另一端接地，晶振y1第1脚与晶振y1第2脚连接，晶振y1第2脚接地；芯片u1第9脚电容c14一端、电容c15一端、电感l3一端、电容c13一端、连接器j3第1脚分别连接，电容c14另一端与电容c11一端连接，电容c14另一端接地；电容c15另一端与电容c12一端连接，电容c15另一端接地，电容c11另一端、电容c12另一端、电感l3另一端、电容c13另一端、连接器j3第2脚分别与芯片u1第10脚连接；芯片u1第11脚与电容c9一端、电容c10一端、电感l2一端、电容c8一端、连接器j2第1脚分别连接，电容c9另一端与电容c6一端连接，电容c9另一端接地；电容c10另一端与电容c7一端连接，电容c10另一端接地；电容c6另一端、电容c7另一端、电感l2另一端、电容c8另一端、连接器j2第2脚分别与芯片u1第12脚连接；芯片u1第13脚与电容c4一端、电容c5一端、电感l1一端、电容c3一端、连接器j1第1脚连接，电容c4另一端与电容c1一端连接，电容c4另一端接地；电容c5另一端与电容c2一端连接，电容c5另一端接地；电容c1另一端、电容c2另一端、电感l1另一端、电容c3另一端、连接器j1另一端分别与芯片u1第14脚连接。

具体地，电感l1与电容c3构成lc谐振回路，电感l2与电容c8构成lc谐振回路，电感l3与电容c13构成lc谐振回路。

优选地，芯片u1型号为fdc2114rghr，它是一款低功耗、高分辨率、低成本的非接触式电容传感器。fdc2114rghr最大能够连接4个通道传感器，每个通道分别使用一个lc谐振回路。

优选地，所述电源供电电压为3.3v。

优选地，所述电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c14及电容c15容值均为18pf，电容c3、电容c8及电容c13容值均为33pf，电容c16容值为0.01uf，晶振y1频率为40mhz。

优选地，晶振y1型号为625l3c040m00000,电感l1、电感l2及电感l3型号均为cmh322522-180kl，连接器j1、连接器j2及连接器j3型号均为1727010。

具体地，第一铜模11与连接器j2第1脚连接，第二铜模12与连接器j2第2脚连接，第三铜模13与连接器j1第1脚连接，第四铜模14与连接器j1第2脚连接，第五铜模15与连接器j3第1脚连接，第六铜模与连接器j3第2脚连接。第一铜模11与第二铜模12之间、第三铜模13与第四铜模14之间、第五铜模15与第六铜模之间，分别加载高频交流信号，在空间中激发电磁场。当人体手指、手掌进入该电磁场时，将对电磁场分布产生影响，进而使第一铜模11与第二铜模12之间、第三铜模13与第四铜模14之间、第五铜模15与第六铜模16之间的感应电容值均发生改变。感应电容值发生改变后，高频交流信号频率值发生变化。fdc2114rghr接收到高频交流信号频率值后，将相应信号发送给微处理器。

进一步地，如图4，微处理器为stm32f103cbt6，stm32f103cbt6第38、39、40、41脚分别与显示模块连接，stm32f103cbt6第42脚与芯片u1第1脚连接，stm32f103cbt6第43脚与芯片u1第2脚连接，stm32f103cbt6第24、25、26、27、28、29、32、33脚分别与键盘模块连接。

具体地，所述微处理器型号为stm32f103cbt6，stm32f103cbt6集成了具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom，拥有多种i/o口支持硬件扩展。stm32f103cbt6配置i2c接口，与fdc2114rghr配置的i2c总线相连接，实现通信功能。

微处理器stm32f103cbt6内存储有预先录入的多种手势数据，每个手势数据由三维向量组成。每个三维向量分别对应连接器j1、连接器j2、连接器j3所采集的电容值。优选地，每种手势数据有100组，作为数据集。

当微处理器stm32f103cbt6接收到高频交流信号频率值发生变化的信号之后，根据预先录入的多种手势数据，得到相对应的手势，并将对应手势显示至显示模块。

进一步地，如图5，键盘模块包括按键s1、按键s2、按键s3、按键s4、按键s5、按键s6、按键s6、按键s7、按键s8、按键s9、按键s10、按键s11、按键s12、按键s13、按键s14、按键s15及按键s16，按键s1一端、按键s5一端、按键s9一端、按键s13一端分别与微处理器stm32f103cbt6第33脚连接，按键s2一端、按键s6一端、按键s10一端、按键s14一端分别与微处理器stm32f103cbt6第32脚连接，按键s3一端、按键s7一端、按键s11一端、按键s15一端分别与微处理器stm32f103cbt6第29脚连接，按键s4一端、按键s8一端、按键s12一端、按键s16一端分别与微处理器stm32f103cbt6第28脚连接；按键s1另一端、按键s2另一端、按键s3另一端、按键s4另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第27脚连接，按键s5另一端、按键s6另一端、按键s7另一端、按键s8另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第26脚连接，按键s9另一端、按键s10另一端、按键s11另一端、按键s12另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第25脚连接，按键s13另一端、按键s14另一端、按键s15另一端、按键s16另一端分别与微处理器stm32f103cbt6第24脚连接。

具体地，键盘模块接口p4.0、p4.1、p4.2、p4.3、p4.4、p4.5、p4.6、p4.7分别与微处理器stm32f103cbt6第33、32、29、28、27、26、25、24脚连接，组成4*4矩阵键盘模块，配置中断及i2c接口。用户按下按键模块的按键后，键盘模块通过行列扫描法获取对应按键信号，并将对应按键信号发送至微处理器stm32f103cbt6，微处理器stm32f103cbt6给显示屏发送相应信号，使显示屏显示出相应手势，方便查看。

进一步地，如图6，显示模块为oledsh1106，oledsh1106第1、7脚均接地，第2脚与电源连接，第3脚与微处理器stm32f103cbt6第41脚连接，oledsh1106第4脚与微处理器stm32f103cbt6第40脚连接，oledsh1106第5脚与微处理器stm32f103cbt6第39脚连接，oledsh1106第6脚与微处理器stm32f103cbt6第38脚连接。

优选地，电源供电电压为3.3v。

进一步地，所述第一铜模11与第五铜模15之间的水平距离为第一距离d1，第一铜模11与第二铜模12之间的水平距离为第二距离d2，第二铜模12与第六铜模之间的水平距离为第三距离d3，第一铜模11与第三铜模13之间的垂直距离为第四距离d4，第二铜模12与第四铜模14之间的垂直距离为第五距离d5，第三铜模13与第五铜模15之间的水平距离为第六距离d6，第三铜模13与第四铜模14之间的距离为第七距离d7，第四铜模14与第六铜模之间的水平距离为第八距离d8，所述第一距离d1、第二距离d2、第三距离d3、第四距离d4、第五距离d5、第六距离d6、第七距离d7、第八距离d8均小于0.5cm。

微处理器内存储有预先录入的多种手势数据，每个手势数据由三维向量组成。每个三维向量分别对应电容传感器所采集到的电容值。每种手势数据有多组，作为数据集。当微处理器接收到相应信号之后，根据预先录入的多种手势数据，得到相对应的手势，并将对应手势显示至显示模块。用户按下按键模块的按键后，键盘模块通过行列扫描法获取对应按键信号，并将对应按键信号发送至微处理器，微处理器给显示屏发送相应信号，使显示屏显示出相应手势，均为现有技术，不是本实用新型改进和保护的范围。具体实施时，可采用现有技术实现。本实用新型改进和保护的是一种基于电容传感器的手势识别装置的结构。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质所做的任何修改和等同变化，均应包含在本实用新型的保护范围之内。