基于FDC2214设计的手势识别系统

黄冬梅 王树鑫

摘 要：文章采用TI公司FDC2214非接触式电容传感器设计的手势识别系统，系统依据电容并联求和及LC谐振原理，通过FDC测量返回信号的频率计算出相应的电容，从而达到通过测量电容变化进而感知手势变化的一种测量方式。此外，当环境以及人员变化时，该系统具备重新学习以适应变化的环境和人物，且系统抗干扰能力强。该系统的设计机理有望应用在未来无人驾驶、人工智能等方面。

关键词：FDC2214；MSP430F5529；手势识别

现介绍一种利用电容及谐振等原理，基于FDC2214非接触式电容传感器设计的手势识别系统的方法[1]，该设计方案简单、动态响应速度快、稳态精度高、抗干扰能力强，将此方法应用在人工智能、无人驾驶、智能家居等某些方面，取得了很好的控制效果。

1 设计方案及工作原理

1.1 设计方案

采用FDC传感器的一个通道，每个通道的两个输入端各接一个铜板，相当于电容板的两个极板，两个极板并排放置，通过一个通道的频率值判断手势，具体如图1所示。

1.2 工作原理

FDC电容传感器4个通道每个通道接一个LC谐振回路，且每个通道接两个铜板，相当于电容极板，根据电容定义：

（1）

当介电常数或者极板间距离d变化，电容也变化。手势变化导致C变化，LC的谐振频率变化[2]，FDC2214電容传感器将频率转换为数字量，每一个电容值对应一个确定的数字量，具体如图2所示。

2 核心部件电路设计

2.1 电源电路设计

系统单片机需要3.3 V电源供电，而FDC2214EVM板采用2.7～3.6 V供电，综合测试方便等各种因素，最终采用220 V交流电压经过变压器、整流电路、滤波器、稳压电路产生5 V供电电压，为防止芯片损坏以及获得较大的电路输出，采用7805系列芯片输出5 V电压，然后通过AMS1117_3.3稳压芯片产生3.3 V。

2.2 FDC2214电路设计

FDC2214采用2.7～3.6 V供电，激励频率为10 kHz～ 10 MHz，设计中采用AMS1117系列产生3.3 V电压，采用AMS1117系列稳压芯片产生3.3 V供电电压。用40 M有源晶振作为输入激励频率，4个通道分别接LC谐振电路，电路如图3所示。

3 系统软件设计

软件设计原理框图如图4所示[3]。

4 系统的仿真和实际测试

4.1 系统的仿真

系统采用串口通信，将单片机数据上传到Matlab，利用Matlab仿真功能，实现采集数据进行分析。

4.2 实际测试

利用主控器选择猜拳模式，被测试者按要求放置手指，进行测试，其准确率达到100%。

5 结语

本文提出了一种基于FDC2214非接触式电容传感器设计手势识别系统的方法，设计体现了系统的自学习功能，且系统的分辨率高、易设计、抗干扰能力强。既保证系统具有良好的快速响应特性，又使系统具有较高的准确精度，是一条被应用在无人控制领域行之有效的新控制方法。

[参考文献]

[1]德州仪器半导体技术（上海）有限公司.德州仪器高性能模拟器件高校应用指南—信号链与电源[M].上海：德州仪器半导体技术（上海）有限公司大学计划，2014.

[2]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]黄根春.全国大学生电子设计竞赛教程：基于TI器件设计方法[M].北京：电子工业出版社，2011.

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