基于FDC2214設計的手勢識別系統(tǒng)

黃冬梅 王樹鑫

摘 要：文章采用TI公司FDC2214非接觸式電容傳感器設計的手勢識別系統(tǒng)，系統(tǒng)依據(jù)電容并聯(lián)求和及LC諧振原理，通過FDC測量返回信號的頻率計算出相應的電容，從而達到通過測量電容變化進而感知手勢變化的一種測量方式。此外，當環(huán)境以及人員變化時，該系統(tǒng)具備重新學習以適應變化的環(huán)境和人物，且系統(tǒng)抗干擾能力強。該系統(tǒng)的設計機理有望應用在未來無人駕駛、人工智能等方面。

關鍵詞：FDC2214；MSP430F5529；手勢識別

現(xiàn)介紹一種利用電容及諧振等原理，基于FDC2214非接觸式電容傳感器設計的手勢識別系統(tǒng)的方法[1]，該設計方案簡單、動態(tài)響應速度快、穩(wěn)態(tài)精度高、抗干擾能力強，將此方法應用在人工智能、無人駕駛、智能家居等某些方面，取得了很好的控制效果。

1 設計方案及工作原理

1.1 設計方案

采用FDC傳感器的一個通道，每個通道的兩個輸入端各接一個銅板，相當于電容板的兩個極板，兩個極板并排放置，通過一個通道的頻率值判斷手勢，具體如圖1所示。

1.2 工作原理

FDC電容傳感器4個通道每個通道接一個LC諧振回路，且每個通道接兩個銅板，相當于電容極板，根據(jù)電容定義：

（1）

當介電常數(shù)或者極板間距離d變化，電容也變化。手勢變化導致C變化，LC的諧振頻率變化[2]，F(xiàn)DC2214電容傳感器將頻率轉換為數(shù)字量，每一個電容值對應一個確定的數(shù)字量，具體如圖2所示。

2 核心部件電路設計

2.1 電源電路設計

系統(tǒng)單片機需要3.3 V電源供電，而FDC2214EVM板采用2.7～3.6 V供電，綜合測試方便等各種因素，最終采用220 V交流電壓經過變壓器、整流電路、濾波器、穩(wěn)壓電路產生5 V供電電壓，為防止芯片損壞以及獲得較大的電路輸出，采用7805系列芯片輸出5 V電壓，然后通過AMS1117_3.3穩(wěn)壓芯片產生3.3 V。

2.2 FDC2214電路設計

FDC2214采用2.7～3.6 V供電，激勵頻率為10 kHz～ 10 MHz，設計中采用AMS1117系列產生3.3 V電壓，采用AMS1117系列穩(wěn)壓芯片產生3.3 V供電電壓。用40 M有源晶振作為輸入激勵頻率，4個通道分別接LC諧振電路，電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計原理框圖如圖4所示[3]。

4 系統(tǒng)的仿真和實際測試

4.1 系統(tǒng)的仿真

系統(tǒng)采用串口通信，將單片機數(shù)據(jù)上傳到Matlab，利用Matlab仿真功能，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)進行分析。

4.2 實際測試

利用主控器選擇猜拳模式，被測試者按要求放置手指，進行測試，其準確率達到100%。

5 結語

本文提出了一種基于FDC2214非接觸式電容傳感器設計手勢識別系統(tǒng)的方法，設計體現(xiàn)了系統(tǒng)的自學習功能，且系統(tǒng)的分辨率高、易設計、抗干擾能力強。既保證系統(tǒng)具有良好的快速響應特性，又使系統(tǒng)具有較高的準確精度，是一條被應用在無人控制領域行之有效的新控制方法。

[參考文獻]

[1]德州儀器半導體技術（上海）有限公司.德州儀器高性能模擬器件高校應用指南—信號鏈與電源[M].上海：德州儀器半導體技術（上海）有限公司大學計劃，2014.

[2]康華光.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]黃根春.全國大學生電子設計競賽教程：基于TI器件設計方法[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.