简介：基于stm32F103c8t6单片机为主控，以MPU6050作为主要传感器的动作捕捉手套设计，能与电脑上基于UNITY3D软件开发的上位机进行通信，在上位机上实时显示手套状态。

一、需求分析

• 制作一个动作捕捉手套，要求每个手指至少实现两个关节的识别，并且能通过上位机显示对应3d模型。
• 人手指的结构相对比较复杂，由多个关节组成，因此需要在手上的关键位置布置若多个传感器，采集每个手指和关节的运动信息。
• 我们可以把手看做是一个多个向量首尾相连的模型。

二、方案论证

方案一：基于stm32为主控，采用多个弯曲传感器。

• 采用多个弯曲传感器，采集手指节之间的弯曲程度，换算成指节间的相对角度（即上图的β角）。
• 优点：程序与电路设计方便。
• 缺点：弯曲传感器昂贵，做成一个手套价格太高。一个弯曲传感器只能识别一个旋转轴的旋转，手的部分关节可以有两个方向的转动，这部分的转动需要增加弯曲传感器来识别。

方案二：基于stm32为主控，采用多个MPU6050传感器。

• 采用多个MPU6050，采集每个手指节与世界坐标下的夹角，通过换算和数据处理还原出手的运动模型。
• 优点：每个MPU6050可以识别三个旋转轴上的角度变化，因此能够更准确的反应手的运动，成本相对采用弯曲传感器低。
• 缺点：电路板数量多，布线存在一些困难，程序设计相对其他两个方案稍复杂。

方案三：基于stm32为主控，采用多个电位器识别手指角度：

• 多个电位器与手指关节联动，通过ADC获取分压数值再换算成角度还原手的运动模型。
• 优点：价格低廉，电路简单，程序设计简单
• 缺点：手套设计结构复杂，容易损坏。

通过综合考虑，采用方案二作为传感器方案。其他功能实现方案如下：

1、无线通信：采用蓝牙串口模块实现单片机与PC的通信，方便快捷。

2、PC端使用unity3d开发一个上位机，PC端调用串口的API获取单片机数据，然后在反应到模型上。

三、调试与测试结果

方案设计完善后进行实际制作。

• 第一步：先焊接单片机主控板并对其硬件电路进行测试，测试各个模块电压是否正常，升降压芯片，电源管理芯片等是否正常工作。测试结果正常。
• 第二步：对单片机烧写简单例程，测试单片机能否正常工作，测试结果正常。
• 第三步：使用单片机读取主控板上的MPU6050测试其是否正常工作，测试结果正常。
• 第四步：焊接各个手指上的MPU6050小模块，硬件测试有无短路断路，测试能否使用单片机正常与其通信，所有MPU6050全部测试正常。
• 第五步：测试与配置蓝牙通讯芯片，测试正常。

至此，所有硬件测试完成，进入软件调试环节。

• 第一步：读取所有MPU6050模块的数据，打包通过蓝牙发送到PC上位机。
• 第二步：PC上位机使用Unity3D编写程序，调用.NET框架提供的串口API读取数据并解析，将数据映射到3D模型上。
• 第三步：优化程序。

最后将电路板装配到手套上，完成设计。

最后测试结果为：上位机能识别手套五个手指上两个关节的运动，以及前臂与手掌在空间的运动，带有静止校准功能。手套通过无线传输数据，带有电源管理能进行充放电。