👉 【Funpack3-2】基于EV54Y39A PIC-IOT WA的手指數量檢測功能開發
👉 Github: EmbeddedCamerata/PIC-IOT_finger_recognition

項目介紹

基于 Microchip 的 EV54Y39A PIC-IOT WA 開發板，通過板卡上集成的光照傳感器，將板卡平放后，每秒對揮動的手指數量進行檢測。在較強光源下，可準確識別揮動的手指數量。

👉 MPLAB X IDE

硬件介紹

PIC-IoT WA硬件概述：

• 控制器包含兩個主要組件：PIC微控制器（PIC24FJ128GA705）和Wi-Fi模塊（WINC1510）。PIC24F是一款低功耗的16位微控制器，時鐘頻率為32MHz，具有集成的12位ADC。Wi-Fi模塊采用Microchip的ATWINC1510，是低功耗認證的IoT網絡控制器。
• 板載ATECC608的密碼協處理器。用于生成私鑰和公鑰，私鑰用于加密發送的每條消息，而公鑰可與服務提供商（如Google IoT cloud或AWS）共享。
• 板載傳感器包括TEMT6000X01光傳感器和MCP9808溫度傳感器。光傳感器連接到PIC控制器的10位ADC，溫度傳感器通過I2C接口測量-20℃至100℃之間的溫度，典型精度為0.25℃。
• PIC IoT WA開發板可通過微型USB端口或4.2V鋰電池供電，同時具有板上編程仿真器和調試器（PKOB）支持一路串口和一個IO的邏輯分析功能。

項目設計

開發環境及工程參考

本項目使用 Microchip 官方的 MPLAB X IDE 開發。項目所用到的工具鏈、庫或 packs 如下：

1. 編譯器：xc16 v1.50，這個版本的編譯器確保編譯通過
2. Packs: PIC24F-GA-GB_DFP 1.9.336、PKOB nano 1.13.715
3. MCC Content Libraries：
   1. MCC core 5.7.1
   2. PIC24 / dsPIC33 MCUs 1.171.4
   3. Board Support Library 1.12.0

總體流程圖

進行系統初始化以后，先啟動周期為1s的定時器，該定時器自動重載，在其回調函數中打印識別的手指數目 count，之后清零并進入 STATE_IDLE。工程主體為一個 while(1) 循環的 FSM，用一個全局變量記錄系統狀態：

• 每次都會先讀取光照傳感器的數據，并根據此次與上次讀數的差值，進入其他的狀態
• 在 STATE_IDLE 中，當差值小于一個負閾值時，進入 STATE_NEGA，此時識別到光照降低，這說明有手指遮擋。其余情況沒有手指遮擋，狀態不轉移。當定時器觸發時，打印出此時的識別數目并將 count 清零，系統重新進入 STATE_IDLE。
• 在 STATE_NEGA，當差值大于一個正閾值時，進入 STATE_POS，此時識別到光照增加，這說明手指移開了，count++。在 STATE_NEGA，若保持光照讀數相對穩定，這說明該手指還未完全經過傳感器，狀態不轉移。當定時器觸發時，打印出此時的識別數目并將 count 清零，系統重新進入 STATE_IDLE。
• 在 STATE_POS 中，只有當差值又一次小于負閾值時，進入 STATE_NEGA，此時識別到光照降低，這說明又有手指遮擋。若保持光照讀數相對穩定或增加，這說明并沒有新的手指遮擋。當定時器觸發時，打印出此時的識別數目并將 count 清零，系統重新進入 STATE_IDLE。

由于測量周期是1s，即便測量狀態沒有變化，定時器回調也會將狀態、變量全部重置。在 FSM 中，只需要處理有效的測量的統計邏輯即可。

硬件基本配置

根據手冊可知，板載光照傳感器與ADC AN8（RB12）相連。檢測的周期設計為1秒，如此，需要一個定時器 TMR1。其次，還需要串口以供調試與結果顯示。在MCC中，IO口設置如下圖所示：

RB10/11供調試使用。串口設置為9600 8N1，RC8 UITX 需要勾選“Start High”，勾選“Redirect printf to UART”。

光照傳感器讀取

需要修改一下默認的 ADC1 配置。根據下方提示，修改“Conversion Clock”為2即可。

根據生成的ADC示例，可以修改實現光照傳感器數據的讀取。

uint16_t get_light_sensor(void)
{int i;uint16_t conversion;ADC1_Enable();ADC1_ChannelSelect(LIGHT_SENSOR);ADC1_SoftwareTriggerEnable();//Provide Delayfor(i = 0; i < 1000; i++){}ADC1_SoftwareTriggerDisable();while(!ADC1_IsConversionComplete(LIGHT_SENSOR));conversion = ADC1_ConversionResultGet(LIGHT_SENSOR);ADC1_Disable();return conversion;
}

定時器

如下圖所示配置，設置 TMR1 為1s周期定時器。

在定時器的回調函數 periodic_handler 中，打印 count 手指數目，而后清零并將狀態設置為 APP_STATE_IDLE。在主循環之前創建定時器，定時器超時設置為 0xF423，在主循環內需要調用 timeout_callNextCallback() 以檢查回調。

static uint32_t periodic_handler(void)
{printf("Finger count: %d\n", count);appState = APP_STATE_IDLE;count = 0;return 0xF423;
}int main(void)
{// initialize the deviceSYSTEM_Initialize();timerStruct_t periodic_timer = {periodic_handler, NULL};timeout_create(&periodic_timer, 0xF423);while (1){timeout_callNextCallback();main_app();}return 1;
}

檢測邏輯

當手指遮擋時，光照減小，前后兩次讀數的差值為負數，反之為正數。因此，設置一個合適的閾值 LIGHT_TRIGGER_THRES，用于判斷是否發生了這兩種變化，同時也可以過濾掉讀數不穩定的影響。該值需要根據實際環境進行調整。

#define LIGHT_TRIGGER_THRES     (50)

系統分為三個狀態，用全局變量 appState 記錄。同時，需要幾個參數記錄傳感器的數值以及手指數目。

typedef enum {APP_STATE_IDLE,APP_STATE_DETECTED_NEGA,APP_STATE_DETECTED_POS
} appStates_e;static appStates_e appState = APP_STATE_IDLE;
static uint16_t light1 = 0;
static uint16_t light2 = 0;
static float light_prev1 = 0.;
static int count = 0;

反復讀取光照傳感器數據，讀取最近的兩次數據取平均值作為此次測量的結果，并與上次讀數作差。根據該差值進行狀態跳轉：

1. 處于 APP_STATE_IDLE 時，當差值 delta 小于負閾值 LIGHT_TRIGGER_THRES 時，進入 APP_STATE_DETECTED_NEGA，此時檢測到有手指遮擋，光照降低。其余情況下，均不會有手指遮擋，狀態不轉移。
2. 處于 APP_STATE_DETECTED_NEGA 時，當 delta 大于正閾值 LIGHT_TRIGGER_THRES 時，進入 APP_STATE_DETECTED_POS，此時說明手指移開了，計數+1。其余情況下，手指還未完全經過傳感器，因此差值不夠大（可以過濾毛刺情況）或者為負，狀態均不轉移。
3. 處于 APP_STATE_DETECTED_POS 時，當 delta 又一次小于負閾值 LIGHT_TRIGGER_THRES 時，進入 APP_STATE_DETECTED_NEGA，此時又有手指遮擋。其余情況下，說明光照無較大變化或者光照變強，這說明沒有手指遮擋或手指逐漸遠離，狀態均不跳轉。
4. 測量周期為1s，定時器超時后，將打印出計數結果 count 并清零，同時狀態轉移至 APP_STATE_IDLE，進行下一次測量。

void main_app(void)
{float delta;float light;light1 = get_light_sensor();light2 = get_light_sensor();light = (light1 + light2) / 2;delta = light - light_prev1;light_prev1 = light;switch(appState) {case APP_STATE_IDLE:{if (delta < -LIGHT_TRIGGER_THRES) {appState = APP_STATE_DETECTED_NEGA;}break;}case APP_STATE_DETECTED_NEGA:{if (delta > LIGHT_TRIGGER_THRES) {count++;appState = APP_STATE_DETECTED_POS;}break;}case APP_STATE_DETECTED_POS:{if (delta < -LIGHT_TRIGGER_THRES) {appState = APP_STATE_DETECTED_NEGA;}break;}}
}

功能展示

下載程序后將板卡平放，注意需要保證環境光照較強，需要根據實際情況調整閾值 LIGHT_TRIGGER_THRES。本測試在室內，并用手機手電筒照射光照傳感器的環境下進行。測試需要揮動手指，結果輸出有延遲，測試效果參見視頻更直觀。

👉 詳細展示參見：B站：基于EV54Y39A PIC-IOT WA的手指數量檢測功能開發

項目總結

本次項目通過光照傳感器、定時器與狀態機，可在一定場景下準確識別揮動的手指數量，可以根據實際場景調整參數，以達到最佳效果。MPLAB IDE 一言難盡，打開 MCC 沒個半天是不可能的，這個板卡的有些配置還有坑，例如，編譯器需要選擇 v1.50 而不能是最新版的。