单片机解密设计任务与要求

设计一个TI公司传感芯片FDC2214的手势识别装置，配合硬件实现温实现对猜拳游戏和划拳游戏的判决功能。装置具有训练和判决两种工作模式。在判决模式下实验装置能对指定人员进行猜拳游戏和划拳游戏的判决。这里猜拳游戏的判决是指对手势比划“石头”、“剪刀”和“布”的判定，划拳游戏的判定是指手势比划“1”、“2”、“3”、“4”和“5”的判定。在训练模式下能对任意人员进行猜拳游戏和划拳游戏的手势训练，经过有限次训练后，能进行正确的猜拳游戏和划拳游戏的手势判决。

系统设计的基本要求：

1、装置工作在判决模式下，能对参赛者指定人员进行猜拳判决，给出手势“石头”、“剪刀”和“布”的准确判决，要求每一次判决的时间不大于1秒。

2、装置工作在判决模式下，能对参赛者指定人员进行划拳判决，给出手势“1”、“2”、“3”、“4”和“5”的准确判决，要求每一次判决的时间不大于1秒。

3、装置工作在训练模式下，对任意测试者进行猜拳的手势训练，每种动作训练次数不大于3次，总的训练时间不大于1分钟；然后切换工作模式到判决模式，对被训练的人员进行猜拳判决，要求每一次判决的时间不大于1秒。

二、方案设计与论证

本系统主要由主控板模版、感应器模块、人机交互组成，下面分别论证这几个模块的选择。

单片机解密主控板模版的论证与选择

方案一：采用STC公司的IAP15W4K58S4芯片作为主控芯片，成本较低，对寄存器进行编辑比较方便。

方案二：采用STC公司的STM32F407芯片作为主控芯片，性价比较高的32位机，拥有丰富的外设，优异的实时性能，从外设的兼容性以及响应的实时性。

单片机解密由响应的实时性为前提，综合考虑选择方案二。

单片机解密感应器模块的论证与选择

方案一：感应芯片采用TI公司的FDC2214非接触式电容式传感器。应用：接近传感器 、手势识别、液位传感器（包括清洁剂、肥皂液和油墨等导电液体）、碰撞避免、 雨、雾、冰、雪传感器、汽车门及尾门一脚踢开传感器、材料尺寸检测。

方案二：感应芯片采用TI公司的LDC1314非接触式电感式传感器 。应用：按键旋钮，流速计等。

从识别的灵敏度、准确性以及软件实现的难易程度，验证试验后选择方案一。

2.3人机交互模版的论证与选择

方案一：采用按键控制和LED显示实现人机交互，完成不同模式选择和识别结果反馈，结果便于观察，程序简单，操作简单可靠。

方案二：采用3.2寸TFTLCD触摸屏实现人机交互，完成不同模式选择和识别结果的反馈，结果便于观察，操作简单方便。

从识别结果的可观性和操作的方便性考虑，选择方案二。

三、单元模块分析与论证
3.1感应模块电路分析

FDC2214是基于LC谐振电路原理的一个电容检测传感器。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，具体公式如下：

每个通信的数字化传感器测量（DATAx）表示传感器频率与参考频率之比。

FDC2112和FDC2114的数据输出（DATAx）表示为16位结果的12MSBs：

         （1）

FDC2112和FDC2114的数据输出（DATAx）表示为：

         （2）

利用FDC2214的工作原理可实现手势接近和识别的功能，黄色部分称为“FDC2214的传感平面”，该平面为导体材质，当人手接近该导体传感平面时，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。基于FDC2214实现手势接近和判决的实验中存在如下的特征：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。