2018年TI杯手勢識別

一、系統(tǒng)方案本設計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。測量電路模塊的選擇方案一：采用MSP430系列單片機MSP430系列單片機采用1.8～3.6V電壓，超低功耗，運行速度快，處理能力強大，具有高效的開發(fā)環(huán)境。MSP430系列單片機中CPU與模擬設備的結(jié)合，使得校準、調(diào)試都變得非常方便。[1]方案二：采用51系列單片機51系列單片機應用最廣泛的8位單片機比較容易上手，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軟件的負擔，運行速度過慢，保護能力很差，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。傳感器模塊我們采用FDC2214作為傳感器。利用FDC2214的工作原理可實現(xiàn)手勢接近和識別的功能，如圖1.1所示，黃色部分稱為“FDC2214的傳感平面”，該平面為導體材質(zhì)，當人手接近該平面時，傳感端的電容發(fā)生了變化，這就會導致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傳感器模塊設計圖電源模塊采用220V轉(zhuǎn)5VUSB接口輸出的接線板作為電源模塊。方案確定本設計采用5V電源給MSP430F5529單片機和FDC2214電容傳感器供電。MSP430F5529單片機外接按鍵，來控制工作模式。MSP430F5529單片機外接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.計算圖2.1被測電容器與LC電路圖設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/（2πfC1），XC=1/（2πfC）,XL=2πfL，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)該頻率值可計算出被測電容值。三、電路與程序設計電路設計（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.程序設計（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)設計要求，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，CH1—CH6數(shù)值變化個數(shù)為z，CH7數(shù)值變化個數(shù)為x。當x=1時，z等于0、1、2、3、4、5對應的手勢分別為石頭、1、2/剪刀、3、4、5/布。當x=0時，表示沒有手勢輸入。四、測試方案與測試結(jié)果測試方案（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、電路焊接口有無虛焊現(xiàn)象。（2）軟件仿真測試通過CCS軟件進行程序編譯，檢查有無程序上的編譯或語法錯誤。再通過軟件進行仿真，檢查是否達到預期結(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到測試標準后，將程序?qū)懙絾纹瑱C，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，并計算判決的準確率（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，導致通道測出的頻率值異常，從而導致測出的結(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，到對材料進行切割、焊接、鉆孔等加工，再到程序的編寫調(diào)試。小組三人齊心協(xié)力，克服了設計中的種種問題。本次設計使用到的單片機MSP430F5529對于我們來說是一個比較熟悉的單片機，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)過這些天的學習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，本次設計全方面的考驗了小組的配合能力，從硬件到軟件再到報告，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[1]鄭煊，劉萌，張鹍.MSP430單片機應用技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2014.[2]吳建平.傳感器原理及應用[M].北京：機械工業(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,楊運經(jīng),劉云鵬.電容傳感器的原理及應用[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.基于單片機的OLED顯示器的應用[J].微計算機信息,2006(05):5-6+82.[6]路凱,李小堅.手勢識別研究概述[J].西安文理學院學報(自然科學版),2006(02):91-94.附錄：電路原理圖系統(tǒng)總體原理圖圖