1.一种用于手势识别的电容数据采集装置,包括电容信号采集器和采集电路;其特征在于:所述的电容信号采集器包括金属箔、基板和隔离板;所述的金属箔固定在基板与隔离板之间;所述的采集电路包括主控模块、电源模块和电容传感模块;所述的电源模块通过稳压芯片为主控模块供电;
所述的主控模块包括单片机、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一按键开关S1、第一晶振Y1和第二晶振Y2;单片机的复位引脚接第一电容C1、第一电阻R1及第一按键开关S1的一端;第一电容C1及第一按键开关S1的另一端均接地;第一电阻R1的另一端接电源模块的供电输出端;单片机的VDD引脚接电源模块的供电输出端,VSS引脚接地;单片机的两个外部晶振引脚与第一晶振Y1的两端分别相连,并与第二电容C2、第三电容C3的一端分别相连;第二电容C2及第三电容C3的另一端均接地;单片机的两个第二外部晶振引脚与第二电阻R2的两端分别相连,单片机的两个第二外部晶振引脚与第二晶振的两端分别相连,且与第四电容C4、第五电容C5的一端分别相连;
第四电容C4及第五电容C5的另一端均接地;
所述的电容传感模块包括电容传感器;所述电容传感器的SCL引脚接第四电阻R4的一端,SDA引脚接第三电阻R3的一端;第三电阻R3的另一端接单片机的第一I/O口;第四电阻R4的另一端接单片机的第二I/O口;电容传感器的PAD、GND、ADDR、SD及CLKIN引脚均接地,VDD引脚接第六电容C6、第七电容C7的一端及外部输入+5V电压;第六电容C6、第七电容C7的另一端均接地;电容传感器的IN0A引脚接第一电感L1及第八电容C8的一端,IN0B引脚接第一电感L1及第八电容C8的另一端;电容传感器的IN0A引脚作为电容传感模块的信号输入端,与金属箔电连接;
所述的电源模块包括稳压芯片、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12;稳压芯片的型号为AMS1117;稳压芯片的VCC引脚接第九电容C9的正极、第十电容C10的一端及外部输入+5V电压VCC,OUT引脚接第十一电容C11的正极及第十二电容C12的一端;
稳压芯片的GND引脚、第九电容C9、第十一电容C11的负极、第十电容C10及第十二电容C12的另一端均接地;稳压芯片的OUT引脚为电源模块的供电输出端;
所述的采集电路还包括按键操作模块;所述的按键操作模块包括第二按键开关S2、第三按键开关S3、第四按键开关S4、第五按键开关S5和第六按键开关S6;第二按键开关S2的一端接第九电阻R9的一端及单片机的第十六I/O口;第三按键开关S3的一端接第八电阻R8的一端及单片机的第十七I/O口;第四按键开关S4的一端接第七电阻R7的一端及单片机的第十八I/O口;第五按键开关S5的一端接第六电阻R6的一端及单片机的第十九I/O口;第六按键开关S6的一端接第五电阻R5的一端及单片机的第二十I/O口;第二按键开关S2、第三按键开关S3、第四按键开关S4、第五按键开关S5及第六按键开关S6的另一端均接地;第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8及第九电阻R9的另一端接外部输入+5V电压。
2.根据权利要求1所述的一种用于手势识别的电容数据采集装置,其特征在于:所述的采集电路还包括LCD显示屏;所述LCD显示屏的型号为LCD12864;LCD显示屏的1及20引脚均接地,2及19引脚接外部输入5V电压,4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、17引脚与单片机的第三I/O口至第十五I/O口分别相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于手势识别的电容数据采集装置,其特征在于:所述电容传感器U2的型号为FDC2214。
4.根据权利要求1所述的一种用于手势识别的电容数据采集装置,其特征在于:所述单片机的型号为STM32F1。
5.根据权利要求1所述的一种用于手势识别的电容数据采集装置,其特征在于:所述的金属箔采用铜箔。
6.如权利要求1所述的一种用于手势识别的电容数据采集装置的手势识别方法,其特征在于:步骤一、建立手势识别数据库,使用者将需要被识别的各个采样手势录入到数据库中;
1.1、将1赋值给i和j;
1.2、使用者用手做出第i个采样手势,并放置到隔离板上,电容传感器采集金属箔输出的m个电容数据,并将采集到的m个电容数据转换为数字信号传输主控模块;m个电容数据分别为sij1,sij2,sij3,......,sijm;进入步骤1.3;
1.3、若i<l,且j<n,则将j增大1,并执行步骤1.2;若i<l,且j=n,则将i增大1,并将1赋值给j,并重复执行步骤1.2;若i=l,且j=n,则进入行步骤1.4;l为需要输入的手势个数,n为每个手势的重复放置次数1≤n≤20;
1.4、将步骤1.1至1.3得到的电容数据整合为手势样本数据集S;
步骤二、对手势样本数据集S内所有的元素进行归一化处理,得到归一化手势数据集Snor;
其中, i=1,2,…,l;j=1,2,…,n;k=1,2,…,m;smax为手势样本数据集S内数值最大的元素;smin为手势样本数据集S内数值最小的元素;
步骤三、对归一化手势数据集Snor内的元素进行均值化处理,得到均值化手势数据集Save;
Save={{save,11,save,12,save,13,......,save,1m},{save,21,save,22,save,23,......,save,2m},......,{save,l1,save,l2,save,l3,......,save,lm}}其中, i=1,2,…,l;k=1,2,…,m;
步骤四、将归一化手势数据集Snor内的l·m个元素按照从小到大的顺序依次排序;
步骤五、取归一化手势数据集Snor的中间元素作为汇聚元素;一个含有z个元素的集合的中间元素为该集合的第 个元素; 为0.5×z向上取整所得值;汇聚元素将归一化手势数据集Snor分隔为两个第一中间集合;将1赋值给a;
步骤六、将所有第a中间集合的中间元素均作为第a+1中间元素;第a+1中间元素称为对应的第a中间元素的子元素;在同一个第a中间集合内两个第a+1中间元素互为兄弟元素;
若一个第a中间集合内的元素个数大于或等于5,对应的第a+1中间元素将该第a中间集合分割为两个第a+1中间集合;
若一个第a中间集合内的元素个数等于4,对应的第a+1中间元素将该第a中间集合分割为一个终端元素和一个第a+1中间集合;该终端元素为对应第a+1中间元素的子元素;
若一个第a中间集合内的元素个数等于3,对应的第a+1中间元素将该第a中间集合分割为两个终端元素;该两个终端元素均为对应第a+1中间元素的子元素;
若一个第a中间集合内的元素个数等于2,该第a中间集合内除第a+1中间元素外的那个元素为终端元素;该终端元素为对应第a+1中间元素的子元素;
进入步骤七;
步骤七、若第a+1中间集合存在,则将a增大1,并重复执行步骤六;否则,进入步骤八;
步骤八、使用者将手做成一个待识别的手势,并将手贴合到放置板上;将金属箔输出的多个被识别电容数据取均值,得到被识别电容平均数据x′;
步骤九、计算步骤四检测出的被识别手势归一化值xnor;
步骤十、将汇聚元素作为第一目标元素g1,并加入纵向筛选集合G;将1赋值给b,并进入步骤十一;
步骤十一、对比第b目标元素gb与被识别手势归一化值xnor的大小;若xnor小于第b目标元素gb的值,则将第b目标元素gb的两个子元素中较小的那个子元素作为第b+1目标元素gb+1;
否则,则将作为第b目标元素gb的两个子元素中较大的那个子元素作为第b+1目标元素gb+1;
将第b+1目标元素gb+1加入纵向筛选集合G,进入步骤十二;
步骤十二、若第b+1目标元素gb+1存在两个子元素,则将b增大1并执行步骤十一;若第b+
1目标元素gb+1存在一个子元素,则第b+1目标元素gb+1的子元素作为第b+2目标元素gb+2,加入纵向筛选集合G,并进入步骤十三;若第b+1目标元素gb+1不存在子元素,则直接进入步骤十三;
步骤十三、计算纵向筛选集合G内所有元素与被识别手势归一化值xnor的欧式距离dv,v=1,2,…,c;c为纵向筛选集合G的元素个数;
其中,gv为纵向筛选集合G内第v个元素;
步骤十四、取d1、d2、...、dc中的最小值d′min;d′min对应的那个纵向筛选集合G内的元素作为第一候选元素;若第一候选元素不存在兄弟元素,则使用者做成的待识别的手势与第一候选元素在均值化手势数据集Save中对应的那个采样手势相同,手势识别结束;
若第一候选元素存在兄弟元素,则将第一候选元素的兄弟元素作为第二候选元素,并计算第二候选元素与被识别手势归一化值xnor的欧式距离d″min; g′为第二候选元素;进入步骤十五;
步骤十五、对比d′min与d″min;若d′min<d″min,则使用者做成的待识别的手势与第一候选元素在均值化手势数据集Save中对应的那个采样手势相同,手势识别结束;若d′min≥d″min,则使用者做成的待识别的手势与第二候选元素在均值化手势数据集Save中对应的那个采样手势相同,手势识别结束。