Hrg. Thomas Altmanninger,
"Entwicklung eines kapazitiven Messsystems zur Aufzeichnung von Bewegungen einer Fingerspitze"
, 5-2018
Original Titel:
Entwicklung eines kapazitiven Messsystems zur Aufzeichnung von Bewegungen einer Fingerspitze
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die zunehmende Miniaturisierung von elektronischen Geräten erfordert alternative Bedienkonzepte.
Im Vordergrund steht, dem Nutzer eine intuitive Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, Geräte zu steuern.
Im Zuge der vorliegenden Masterarbeit wird ein kapazitives Messsystem entwickelt mit dem es möglich ist, die Bewegung einer Fingerspitze
aufzuzeichnen.
Diese Fingerbewegung kann im Anschluss durch einen Algorithmus zur Gestenerkennung weiterverarbeitet werden.
Mit Hilfe kapazitiver Sensoren wird die Position der Fingerspitze durch die Methode der Selbstkapazität bestimmt.
An Messelektroden wird die Kapazität zur Fingerspitze ermittelt und anschließend durch einen Positionsschätzer die aktuelle Fingerposition
berechnet.
Die Herausforderung liegt darin, eine Kapazität im Femtofarad-Bereich zeitlich hoch aufgelöst, gleichzeitig an mehreren Messelektroden zu
bestimmen.
Nachdem die Funktion der Kapazitätsmessung gezeigt wurde, wird ein Messsystem mit insgesamt sieben Messkanälen entwickelt.
Neben dem Schaltungsentwurf und der Programmierung des Signalprozessors wird ein mathematisches Modell entwickelt, dass die
Fingerspitzenposition in Zusammenhang mit der Messkapazität bringt.
Auf Basis dieses Modells wird im Anschluss ein Algorithmus zur Positionsschätzung in MATLAB implementiert.
Die Funktion des Messsystems wird abschließend durch Ausführen verschiedener Fingerbewegung gezeigt.
Es zeigt sich, dass das Aufzeichnen diverser Gesten ohne nennenswerte Auffälligkeiten funktioniert.
Die Aufzeichnung erfolgt mit einer Abtastzeit von 2,7 Millisekunden, wobei die ermittelte Fingerposition maximal 1-2 Millimeter von der
tatsächlichen Position abweicht.
Damit eignet sich das Messsystem sehr gut zum Aufzeichnen beliebiger Fingerbewegungen, bei denen die charakteristische Größe ohnehin die
grundlegende Form und nicht die absolute Position ist.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Development of a capacitive measuring system for recording movements of a fingertip
Englische Kurzfassung:
The increasing miniaturization of electronic devices requires alternative operating concepts. The focus here is to provide the user with an
intuitive way to control devices.
In the course of the present master thesis a capacitive measuring system to record the movement of a fingertip is developed.
This finger movement can be further processed by a suitable algorithm for gesture recognition.
With several capacitive sensors the location in 3D-space of the finger tip is determined by the method of the self-capacity (loading-mode).
At measurement-electrodes, the respective capacitance to the fingertip is determined by measuring the displacement current.
Then the current finger position is evaluated by an algorithm for position estimation. The challenge is to measure a very small capacity
(femtofarad range)
with high temporal resolution, while measuring on several measurement-electrodes simultaneously.
After demonstrating that the measurement of the capacitance is working fine, a measuring system with a total of seven measuring channels is
developed.
Besides the circuit design, the PCB design and the programming of the signal processor, a mathematical model is developed by which the
fingertip position is related to the measuring capacity.
Based on this model, an algorithm for position estimation is implemented in MATLAB.
The function of the measuring system is finally shown by performing various finger movements.
It turns out that the recording of various gestures works without significant problems.
The movement is recorded with a sampling time of 2.7 milliseconds, wherein the determined finger position differs by a maximum of 1-2
millimeters from the actual position.
Thus, the measuring system is very well suited for recording finger movements, where the goal is to determine the basic shape of the gesture.