2018TI杯手势识别

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1、2018年TI杯大学生电子设计竞赛手势识别装置（D题）2018年7月23日手势识别装置（D题）【本科组】摘要手势识别作为人机交互的重要组成部分，其研究发展影响着人机交互的自然性和灵活性。为了满足手势识别的设计要求，本次设计使用以测量电路为核心的系统。主要由五个模块组成，包括测量电路模块、传感器模块、显示模块、控制模块、电源模块组成。控制模块采用的是独立按键和MSP430F5529单片机，用以控制工作模式（训练和判决）；测量电路模块采用的是MSP430F5529单片机；传感器模块采用的是FDC2214电容传感器；显示模块采用1286

2、4LCD液晶显示屏；电源模块采用220V转5V的USB接口输出模块。本装置通过FDC2214电容传感器和MSP430F5529单片机测量频率值，再通过频率值判断手势，并显示在LCD液晶显示屏上。关键词：手势识别MSP430F5529FDC221412864LCD一、目录一、系统方案11.测量电路模块的选择12.显示模块的选择13.传感器模块14.电源模块25.方案确定2二、理论分析与计算21.理论分析22.计算2三、电路与程序设计31.电路设计3（1）系统总体框图3（2）控制模块系统框图42.程序设计4（1）程序流程图4（2）判决

3、的流程图4四、测试方案与测试结果51.测试方案5（1）硬件测试5（2）软件仿真测试5（3）硬件软件联调52.测试条件与仪器5五、测试结果61.测试结果62.误差分析6六、心得6七、参考文献7附录：电路原理图8一、一、系统方案本设计主要由五个模块包括测量电路模块、传感器模块、显示模块、控制模块、电源模块。1.测量电路模块的选择方案一：采用MSP430系列单片机MSP430系列单片机采用1.8～3.6V电压，超低功耗，运行速度快，处理能力强大，具有高效的开发环境。MSP430系列单片机中CPU与模拟设备的结合，使得校准、调试都变得非常

4、方便。[1]方案二：采用51系列单片机51系列单片机应用最广泛的8位单片机比较容易上手，有较为完善的按位操作系统，功能较完备。虽然I/O脚使用简单,但高电平时无输出能力，有些功能增加了硬件和软件的负担，运行速度过慢，保护能力很差，容易烧坏。通过比较，我们选择方案一，采用MSP430F5529单片机作为控制模块。2.显示模块的选择方案一：采用OLED液晶显示屏OLED液晶显示屏抗震性能更好；视角范围大；响应速度快；发光效率高，功耗低；厚度可以小于1毫米，并且重量轻；成本低；但是寿命较短。方案二：采用LCD液晶显示屏LCD液晶显示屏显

5、示信息量大，显示质量高，低电压低功耗；使用寿命较长。通过比较，我们选择方案二，采用LCD液晶显示屏作为显示模块。3.传感器模块我们采用FDC2214作为传感器。利用FDC2214的工作原理可实现手势接近和识别的功能，如图1.1所示，黄色部分称为“FDC2214的传感平面”，该平面为导体材质，当人手接近该平面时，传感端的电容发生了变化，这就会导致LC电路振荡频率的变化，从而反映出手势接近，以及手势的判定。图1.1传感器模块设计图1.电源模块采用220V转5VUSB接口输出的接线板作为电源模块。2.方案确定本设计采用5V电源给MSP4

6、30F5529单片机和FDC2214电容传感器供电。MSP430F5529单片机外接按键，来控制工作模式。MSP430F5529单片机外接FDC2214电容传感器，获取频率值，再通过频率值判断手势，并通过LCD液晶显示屏显示。二、理论分析与计算1.理论分析传感平面的面积越大、手势与传感平面的距离越小，感应的频率变化越大，系统会越灵敏，但同时也可能引入越多的噪声。2.计算图2.1被测电容器与LC电路图设被测电容器的容抗为XC1,LC电路中电容器的容抗为XC，LC电路中电感器的感抗为XL,频率为f。根据振荡电路的条件有：容抗等于感抗。

7、即XC1+XC=XL(2.1)式中XC1=1/（2πfC1），XC=1/（2πfC）,XL=2πfL，其中C1为被测电容、C为电容器电容、L为电感器的电感。因此可得(2.2）可见，在芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成LC电路，被测电容传感端（图3.1中灰色标识部分即为被测电容）与LC电路相连接，将产生一个振荡频率，根据该频率值可计算出被测电容值。三、电路与程序设计1.电路设计（1）系统总体框图图3.1系统原理图（2）控制模块系统框图图3.2控制模块原理图2.程序设计（1）程序流程图图3.3测量电路程序流程图图3.4控

8、制电路程序流程图（2）判决的流程图图3.5判决的流程图根据设计要求，手势不同，测量电路能根据FDC2214传回的数据，与没有手势时的数值比较，CH1—CH6数值变化个数为z，CH7数值变化个数为x。当x=1时，z等于0、1、2、3、4、5对应的手势