基于FDC2214设计的手势识别系统

第2期
2019年1月
No.2
January，2019
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。

图1 总体方案框图
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：
4k
S
C d
ε
π
=（1）
当介电常数ε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电容传
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FDC2214EV M
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。

图2 测试原理图
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。

图3 FDC2214应用电路
3 系统软件设计
软件设计原理框图如图4所示[3]。

作者简介：黄冬梅（1968—），女，辽宁岫岩人，教授，硕士；研究方向：嵌入式系统设计，新能源应用技术。

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
基于FDC2214设计的手势识别系统
黄冬梅1，王树鑫2
（1.哈尔滨职业技术学院 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.哈尔滨工业大学 计算机学院，黑龙江 哈尔滨 150001）
无线互联科技
Wireless Internet Technology
第2期2019年1月
No.2January，2019
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.
Gesture recognition system based on FDC2214
Huang Dongmei 1, Wang Shuxin 2
（1.Mechanical and Electrical Engineering School of Harbin Vocational and Technical College, Harbin 150080, China;
2.School of Computing HIT, Harbin 150001, China ）
Abstract：
The Guest recognition system is adopted in this paper. It was designed by TI company called FDC2214 non-contact capacitive sensor. Based on the principle of capacitor parallel summations and LC resonance, the corresponding capacitance is calculated by FDC measurement of the frequency of return signal, so as to achieve a measurement method of sensing gesture changes by measuring capacitance changes. In addition, when the environment and people change, the system has the ability to re-learn to adapt to the changing environment and people, and the system has strong anti-interference ability. The designed mechanism of the system is expected to be applied in the future unmanned driving, artificial intelligence and other aspects.
Key words：
FDC2214; MSP430F5529; gesture recognition 图4 软件设计原理框图
无线互联科技·设计分析。