基于Arduino UNO开发平台电容传感的简单手势识别模型设计与实现
摘要：手势识别是当今社会一项广泛的交流模式，伴随着发展用在识别手势传感器的样式越来越多，手势识别各种算法也有很多，基于FDC2214电容式传感器进行手势识别是一项全新的识别方式。研究了手势识别的多种传感器的工作原理分析了手势识别的多种及RUNO开发平台设计了一种手势识别装置，它能够进行简单的手势识别并且根据不同的手势驱动相应的执行装置来动作。。研究了手势识别的多种传感器的工作原理分析了手势识别的多种及RUNO开发平台设计了一种手势识别装置，它能够进行简单的手势识别并且根据不同的手势驱动相应的执行装置来动作。
关键词：FDC2214;手势识别；Arduino UNO；
Design and implementation of a simple gesture recognition model based on capacitive sensing
Abstract: Gesture recognition is a wide range of communication patterns in today's society. With the development of more and more styles used in gesture recognition sensors, there are also many kinds of hand gesture recognition algorithms. Gesture recognition based on FDC2214 capacitive sensor is a new recognition method. In this paper, the working principle of various sensors for gesture recognition is studied. A gesture recognition device is designed on the RUNO development platform and the various kinds of hand gesture recognition devices are analyzed. It can perform simple gesture recognition and drive corresponding execution devices according to different gestures. . In this paper, the working principle of various sensors for gesture recognition is studied. A gesture recognition device is designed on the RUNO development platform and the various kinds of hand gesture recognition devices are analyzed. It can perform simple gesture recognition and drive corresponding execution devices according to different gestures.
Keywords：Arduino UNO；Gesture recognition；FDC2214；
目录
第一章 绪论 1
1.1研究目的 1
1.1.1什么是手势识别 1
1.1.2手势识别目前发展状况 1
1.1.3手势识别传感器的特点 1
1.1.4手势识别的适用范围及场合 2
1.2研究意义 3
1.3主要研究内容 3
第二章 手势识别传感器的总体设计方案 5
2.1主控模块的选择 5
2.1.1 51单片机 5
2.1.2 430单片机 6
2.1.3 AVR ATMEGA328P单片机的简述 7
2.2手势传感器的选择 7
2.2.1 7620手势识别传感器 7
2.2.2 APDS-9960红外手势传感 8
2.2.3 FDC2214 8
2.3 显示模块的选择 9
2.4执行模块的选择 10
2.4.1循环彩灯 10
2.4.2播放音乐模块 11
2.4.3喷泉模块 11
第三章 硬件设计部分 12
3.1总体设计 12
3.2 关键器件性能分析 12
3.3手势识别电路设计 13
3.3.1 FDC2214工作原理图 13
3.3.2 FDC2214功能引脚 13
3.3.3 手势采集模块工作原理 14
3.3.4 手势采集四通道电路 15
3.4 主控电路设计 15
3.4.1 Arduino平台 15
3.4.2 AVR单片机 16
3.4.3 主控模块电路 17
3.5 OLED显示电路 17
3.6 输出执行电路 17
3.6.1彩灯循环电路 17
3.6.2 播放音乐电路 18
3.6.3 喷泉模块电路 18
3.7直流稳压电路模块 19
第四章 软件设计部分 20
4.1 滤波算法： 20
4.1.1手势判定算法： 20
4.1.2手势训练算法： 21
4.1.3测量控制分析处理 21
4.2电路结构工作机理 21
4.3软件流程图 21
4.4结论 22
第五章 总结与展望 24
参考文献 25
附录1 26
附录2 33
第一章 绪论
手势是现在一种直观的人机交流模式，而人机交互模式也跟着计算机技术的进步而不断进步，人们对于这种模式的方便性、实用性的要求也是越来越高。手势识别正顺着这种发展趋势能让人机交互变得和人和人一样的交流那样方便、自然。所以，手势识别已经变成了人机交互方面的重要的研究课程。
1.1研究目的
1.1.1什么是手势识别
手势识别能将普通动作表述为无音的语言交流，它可以传达人们的思想、情绪和一些动作信息。指的是通过手势识别，并且可以传达人们各个身体部位的动作，普遍的动作都是通过手和脸来呈现出来的。我们可以用自己的两只手在人机交互的领域来对机器进行操作，人们可以用两只手或一只手来操作该设备。 通过不同的应用手段，一般手势识别可分为四种手势：对话手势，控制手势，通信手势和操作手势。
1.1.2手势识别目前发展状况
大致可分为2个阶段：二维手势和三维手势
处在第一阶段使，手势识别是利用二维图像来对该技术进行识别的。二维图像是从场景摄像机获得的二维图像，然后在使用计算机的图形算法，这样就可以开始识别图中的动作了。 双向手势识别只能识别一些简单的静态运动，并且三维手势来识别，必须添加Z轴上的信息和识别不相同的手势和动作。
手势识别开发的主要方向是3D手势识别。然而，包括这种深度信息的手势识别需要特殊的硬件来实现。通过传感器和光学相机更为常见。
1.1.3手势识别传感器的特点
C手势识别传感器功能：拥有9种手势识别速度在正常模式下为60°/ s至600°/ s之间，在游戏模式下的识别速度可以达到60°/光免疫，即大约1200°左右；可以在高达400 kbit 1电路板上，有许许多多的小插孔，与面包上的小孔有些相似的，且它非常著名，我们称之为面包板，我们也称为多功能板，我们一般用面包板来为电子电路设计，是一种非焊接实验，而切设计简单和制造方便的。一般可以根据需要插入电子元器件，移除各种电子元件，因此可以去除焊接，存储电路组装时间和可重复使用的部件，使其成为安装的理想选择。
1.1.4手势识别的适用范围及场合
在最近的几年里，计算机的发展也越来越迅速。在各式各样的应用中，计算机这种模式的发展使人们找到了许多便利，计算机的发展给人们带来许多的便利。现在的人们都离不开电脑和手机，其中，电脑和手机已经是人们生活互动中是不可或缺的一部分了。人与计算机交互最普遍的模式是依赖于操作简单的运行系统，即通过键盘和鼠标来进行输入的，还有诸如触摸屏等配件。虽然这些交互方法被广泛应用于人们的日常生活中并且巧妙地使用，但我们仍然不知道是否有一种方法可以自然地在人与计算机之间进行交互。更像人类其中一种主流趋势就是电容式手势识别。
（1）手势识别与AR
手势是一种人类的基本特征，是人际交往过程中不可缺少的一部分。手势识别技术的发展，使得人与机器的联系提供了很大的可能。我们可以通过手势的形态和动作的不同，来区分手势为静态手势还是为动画手势。对与静态手势的研究主要方向是手势的具体位置；一般除了改变手势位置的办法之外，动态手势与静态手势有很大的不同，主要是手势的时间变化。现在的手势识别技术已经是一种普遍的技术了，由于手势技术的应用，已经渗透到了人们日常生活的的各个方面，这说明该技术越来越先进。 手势识别采集的样本技术，不管怎么样手势识别设计每样的具有着自己不一样的优势，识别手势技术对此次技术的发展有着深远的意义。手势识别技术主要有下面几个应用领域：
手势识别在现在的发展已经可以代替很多方式来操控计算机等，它让机器变得人性化，像拥有了人的智慧一样，很便捷，我们可以吧在平常生活中得来的经验放到交互技术中来运用，很便捷完整的提升了假的世界中的可操控性，而且还可以在虚拟的世界为我们操作完更加困难的任务。
（2）手势操控
我们把手势识别放到车里去帮助驾驶员的辅助，让我们在很大程度提高了舒适性安全性，司机可以经过ADAS，用普通的手部动作来对汽车的各种参数和设施进行控制，从而将更多的注意力放在马路上，可减少交通事故的发生。
（3）手势识别与辅助驾驶
当你在直视前方道路的时候，您可以通过手势来控制系统的运行功能，使得便于操作。控制传感器可以在后视镜前方，显示指针到达手柄顶部的位置。
手语认知。手语是聋哑人表达自我的主要方式，但对于未经过手语训练的人，理解这种语言却并非易事。将手势识别技术应用到手语认知上，将大大提高聋哑人与普通人的交流。
机器控制。手势也可用于智能机器人的控制中。由于人工智能的进步，智能家电在日常生活中得到应用。 使用代替触摸屏控件将使用户的体验感觉更好。 随着技术的发展，无人机自20世纪20年代出现以来，主要用于军事产品并逐渐成为平民，并在日常生活中越来越受欢迎。 某些型号还支持智能手机控制，并通过手机的倾斜和旋转来改变飞机的飞行角度和方向。 人们不禁想知道是否有更方便和自然的控制方式。 答案是手势控制。
为了识别手势，首先要将手势信息输入到计算机中。输入方式多样，目前以下方基于数据手套的手势识别。数据手套使用典型的手势输入设备，其包含很多个传感器，它能够捕获用户手的准确位置。 影响人与机器之间的正常通信和手套的价格是正常的。消费者也更贵。
基于特殊标志的手势识别。 为了解它的运行缺点，是在手上标记所需要的记号与标记。
基于加速度传感器的手势识别。加速度传感主要用于手势运动过程中的姿态分析，同时可用于手势的跟踪与手势轨迹的识别。1996年，IBM推出了一款装置，可自动感知玩具和常用工具的运动状态。2006年，任天堂通过改进普通游戏手柄，实现了在游戏场景中融入用户的肢体运动，使用户的游戏体验获得极大的提高。
基于数据手套的手势识别。数据手套使用典型的手势输入设备，其包含很多个传感器，它能够捕获用户手的准确位置 良好的识别效果。影响人与机器之间的正常通信和手套的价格是正常的,消费者也更贵。
1.2研究意义
虚拟现实设备是一种处于虚拟和真实的计算机下所创建的运行环境，它能够让用户有很好的的体验感，由人的视觉，触觉，听觉和感官来体验，以收获完美的体验感受。
当前人们一直用的是VR，那种让人很不舒服，它不能做到和人机很直接的交互，主要依赖，手势识别在生活中就显得非常需要，因为他可以让我们更好的去应用到生活当中，这就是人机交互。
1.3主要研究内容
(1)在研究背景和研究意义的前提下，设计这个整体的电容传感器手势识别；
(2)对手势识别的硬件设计模块制做详述；
(3)对手势识别主控模块的选择；
(4)对手势识别传感器的选择；
（5）对手势识别显示模块的选择；
参考文献
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