STM32 PAJ7620U2手势识别模块(IIC通信）程序源码详解

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一、PAJ7620U2模块解读
- （一）手势识别模块选型
- （二）PAJ7620U2传感器的工作原理
二、I²C传感器件有什么魅力
- （一）初识I²C通信
- （二）在实战中解读IIC通信。
三、STM32工程源代码

最近在自学设计下基于STM32单片机的项目，想用手势识别模块做一点好玩的，做个手势控制家居设备开关，另外正好借此巩固I²C 通信。因此，我想借这个机会在这里和大家分享一下自己学习STM32单片机时的所思所感吧，若有表述不对之处，还请各位大佬指出，我好立刻改正。

话不多说，先上硬货。

一、PAJ7620U2模块解读

项目手势识别检测模块选择基于PixArt公司PAJ7620U2传感器开发的一块PAJ7620手势识别模块（淘宝上很多这种模块）。

图1 PAJ7620U2传感器模块

网上很多店铺卖的这种 PAJ7620手势识别模块，但其实都是基于传感器设计的，只不过外围电路设计和形状外观不太一样而已，整体功能特性基本都一样，所以大家不用过多去选择应该买哪家的。

（一）手势识别模块选型

PAJ7620U2模块是基于PAJ7620U2传感器设计，功能与特性几乎会与PAJ7620U2传感器的数据手册保持一致。

那我们如何分析比较各个手势识别传感器模块？

首先自己查找/找商家要到相关数据手册等资料，然后我们主要关注以下几个问题：

模块内置的手势类型有哪些？识别速度（采样频率）？有效检测距离？有效检测角度？
模块供电电压范围？采用的通讯接口是什么？模块功耗？

通过上述问题，我们可以分析该传感器模块能不能满足项目需求。

如下表所示，通过对PAJ7620U2传感器模块与市面上相同工作原理的APDS-9960模块比较分析，PAJ7620内置的手势类型更多，手势检测更为灵敏可靠，抗环境光干扰能力强，很适合作为本设计的手势识别感应。另外，供电电压/工作电压在2.8V~3.3V，可以直接用在我们的STM32单片机项目上。

表 PAJ7620与APDS-9960参数比较

	PAJ7620U2	APDS-9960
电源电压	3.3V/5V	3.3V/5V
工作原理	光学数组式环境亮度传感检测	光学数组式环境亮度传感检测
通讯接口	I²C 接口,400Khz(Max)	I²C 接口,400Khz(Max)
识别速度	240Hz	160Hz
工作环境光	<100K Lux(抗灯光干扰)	<50K Lux(环境干扰抑制)
有效探测距离	5~15cm	2~15cm
检测角度范围	60°~180°	60°
手势识别种类	内置 9 个手势类型（上、下、左、右、前、后、顺时针旋转、逆时针旋转、挥动）	内置 4 个手势类型（上、下、左、右）
功耗	3~10mA （待机功耗电流 15uA）	5~15mA （睡眠模式功率2.2μA)

（二）PAJ7620U2传感器的工作原理

图2 PAJ7620U2传感器内部框图

从上图中，我们可以看到PAJ7620U2传感器内部自带 LED 驱动器（可发射红外线信号），内置有传感器感应阵列、目标信息提取阵列和手势识别阵列。另外，PAJ7620U2作为一种光学数组式传感器，其内置LED驱动器集成了环境光和光源抑制滤波器，模块基本不受环境光干扰。

红外LED手势识别原理：

传感器工作时通过内部 LED 驱动器，驱动红外 LED 向外发射红外线信号，当传感器阵列在有效的距离中探测到物体时，目标信息提取阵列会对探测目标进行特征原始数据的获取，采集到的数据被保存在寄存器中，同时手势识别阵列会对原始数据进行识别处理，最后将手势结果存到寄存器中。

根据 PAJ7620U2传感器数据手册，用户可通过I²C接口总线采集信号并迅速识别出UP、Down、Right、Left等9种常用手势。另外PAJ7620U2还提供内置的接近检测功能，用于检测物体的接近或离开。

二、I²C传感器件有什么魅力

很多人刚刚接触I²C、SPI、CAN等通信方式时都会有一堆的问题：为什么要学它？学它可以做什么？我该怎么去学习它呢？

1、那什么是I²C通信呢？

简单来说，采用两条信号线通信的同步串行总线。（在此不做更多说明）

2、为什么要学习这些看起来“根本没多大用处”且“与我无关”的通信协议呢？

大哥，你总不能永远靠串口吃饭吧？况且真正到了实际项目中，通信的方式要根据环境选择，你总不能想当然的自己决定吧，学好这些通信方式，你才敢有底气去接手一些大项目吧。

3、该怎么学呢？

个人觉得，刚刚学习阶段，只要理解它大概的原理，然后会熟练调用函数就可以了。

（一）初识I²C通信

1、认识I²C的两根线：SCL时钟线和SDA数据线。

SCL时钟线，是为整个通信过程提供了时钟信号（后面会说明）.

SDA数据线，在每一个周期里发送0或者1，用这些0和1传输数据。

2、如何传输数据呢？
首先，要传输数据，你总的告诉“另一半”传输开始了吧，所以，开始信号是必不可少的，对应也要有结束信号咯，你的“另一半"接收到了数据，总得告诉你一声吧，所以，应答信号也是少不了的。记住啦，它一点也不难，还有，我会按照我的理解方式来描述它，不会枯燥的。

3、这些信号如何通过两根线就实现呢？？？？
数据线SDA以时钟线SCL作为参照。
        开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低转变。传输开始。
        结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高转变。传输结束。
        应答信号：接收数据的IC 在接收完8个bit的数据之后，向发送数据的IC返回特定脉冲的低电平，表示数据已被签收。

4、放到实际实验中怎么理解呢？

CPU向受控单元发送一段数据之后，等待受控单元发送一个应答信号，若未接受到应答信号，表示受控单元发生故障。这些信号中，只有开始信号时必须的。而且，只有当SCL上为低电平时，SDA上的电平才允许发生变化。

上面说的这些通俗易懂，但都是必须要了解的知识点。

（二）在实战中解读IIC通信。

其实，在工程中用到的绝大部分是调用I²C相关函数。
下面就用手势识别模块举例，我们先看看PAJ7620U2手势识别模块的软件模拟的I²C库函数长啥样。

（1）首先是初始化I²C对应的引脚

我认为硬件I²C和软件I²C所实现的功能都一样，不过模拟I²C使用的更广泛，因为方便啊，而且，STM32硬件I²C引脚很鸡肋，还不如不用。

SDA和SCL都被拉高，表示为空闲状态（idle-state）

//PAJ2670 I2C初始化   
// GS_IIC_SCL    PE(7) ----- SCL
// GS_IIC_SDA    PE(8) ----- SDA	 
 
//PAJ2670 I2C初始化
void GS_i2c_init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOF, ENABLE );	//使能GPIOF时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8;  //端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;       //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //50Mhz速度
	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8);//PF7、PF8均输出高	
}

（2）首先是初始化I²C对应的引脚

#include "paj7620u2_iic.h"
#include "paj7620u2.h"
#include "delay.h"

//产生IIC起始信号
static void GS_IIC_Start()
{
	GS_SDA_OUT();//sda线输出
	GS_IIC_SDA=1;	  	  
	GS_IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
	GS_IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	GS_IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}

//产生IIC停止信号
static void GS_IIC_Stop()
{
	GS_SDA_OUT();//sda线输出
	GS_IIC_SCL=0;
	GS_IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
	delay_us(4);
	GS_IIC_SCL=1; 
	GS_IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);				   	
}

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
static u8 GS_IIC_Wait_Ack()
{
	
	u8 ucErrTime=0;
	GS_SDA_IN();  //SDA设置为输入  
	GS_IIC_SDA=1;delay_us(3);	   
	GS_IIC_SCL=1;delay_us(3);	 
	while(GS_READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			GS_IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	GS_IIC_SCL=0;//时钟输出0 	
	return 0;  
}

//产生ACK应答
static void GS_IIC_Ack()
{
	GS_IIC_SCL=0;
	GS_SDA_OUT();
	GS_IIC_SDA=0;
	delay_us(3);
	GS_IIC_SCL=1;
	delay_us(3);
	GS_IIC_SCL=0;
}

//不产生ACK应答		    
static void GS_IIC_NAck()
{
	GS_IIC_SCL=0;
	GS_SDA_OUT();
	GS_IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	GS_IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	GS_IIC_SCL=0;
}

//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
static void GS_IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
	u8 t;   
	GS_SDA_OUT(); 	    
	GS_IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
	for(t=0;t<8;t++)
	{              
		if((txd&0x80)>>7)
			GS_IIC_SDA=1;
		else
			GS_IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	  
		delay_us(5);  
		GS_IIC_SCL=1;
		delay_us(5); 
		GS_IIC_SCL=0;	
		delay_us(5);
	}	 
} 

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
static u8 GS_IIC_Read_Byte(u8 ack)
{
	
	u8 i,receive=0;

	GS_SDA_IN();//SDA设置为输入
	for(i=0;i<8;i++ )
	{
		GS_IIC_SCL=0; 
		delay_us(4);
		GS_IIC_SCL=1;
		receive<<=1;
		if(GS_READ_SDA)receive++;   
		delay_us(4); 
	}					 
	if (!ack)
		GS_IIC_NAck();//发送nACK
	else
		GS_IIC_Ack(); //发送ACK   
	
	return receive;
}

//PAJ7620U2写一个字节数据
u8 GS_Write_Byte(u8 REG_Address,u8 REG_data)
{
	GS_IIC_Start();
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID);
	if(GS_IIC_Wait_Ack())
	{
		GS_IIC_Stop();//释放总线
		return 1;//没应答则退出
	}
	GS_IIC_Send_Byte(REG_Address);
	GS_IIC_Wait_Ack();	
	GS_IIC_Send_Byte(REG_data);
	GS_IIC_Wait_Ack();	
	GS_IIC_Stop();

	return 0;
}

//PAJ7620U2读一个字节数据
u8 GS_Read_Byte(u8 REG_Address)
{
	u8 REG_data;
	
	GS_IIC_Start();
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID);//发写命令
	if(GS_IIC_Wait_Ack())
	{
		 GS_IIC_Stop();//释放总线
		 return 0;//没应答则退出
	}		
	GS_IIC_Send_Byte(REG_Address);
	GS_IIC_Wait_Ack();
	GS_IIC_Start(); 
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID|0x01);//发读命令
	GS_IIC_Wait_Ack();
	REG_data = GS_IIC_Read_Byte(0);
	GS_IIC_Stop();

	return REG_data;
}
//PAJ7620U2读n个字节数据
u8 GS_Read_nByte(u8 REG_Address,u16 len,u8 *buf)
{
	GS_IIC_Start();
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID);//发写命令
	if(GS_IIC_Wait_Ack()) 
	{
		GS_IIC_Stop();//释放总线
		return 1;//没应答则退出
	}
	GS_IIC_Send_Byte(REG_Address);
	GS_IIC_Wait_Ack();

	GS_IIC_Start();
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID|0x01);//发读命令
	GS_IIC_Wait_Ack();
	while(len)
	{
		if(len==1)
		{
			*buf = GS_IIC_Read_Byte(0);
		}
		else
		{
			*buf = GS_IIC_Read_Byte(1);
		}
		buf++;
		len--;
	}
	GS_IIC_Stop();//释放总线

	return 0;
	
}
//PAJ7620唤醒
void GS_WakeUp()
{
	GS_IIC_Start();
	GS_IIC_Send_Byte(PAJ7620_ID);//发写命令
	GS_IIC_Stop();//释放总线
}

说实话，感觉这样照着程序COPY代码太土了，而且浪费大家时间。

下面，重要的干货来了：

1、要明确一点，I²C是一种通信方式，不要习惯性想着I²C又该怎么配置？是否要开启对应的时钟？是否可以产生中断？等等，这些东西都是用给外设配置的，通信方式的底层函数基本是不会变的，你要做的就是基于已有的几种命令，与你的IC进行通信。
2、I²C根本不难，然而，就代表不用敲代码了吗？错，大错特错，好记性不如烂笔头，找一个I²C通信例程，敲几遍.C文件里的代码，对于以后做项目还是很有帮助的。
3.不要懒惰，学习这几种通信方式，最好是对比着学习，在接下来的几天里，我将会以这几种方式，分别呈上我对几种通信方式的理解。大牛不喜勿喷，谢谢。

三、STM32工程源代码

（一）使用前必读

实验器材: STM32F103 板
实验目的: 学习ATK-PAJ7620U2手势识别模块的使用,实现9个手势识别（GS）的检测功能，输出结果通过USART1显示在串口调试助手中。
硬件连接:
        PAJ7620U2手势识别模块与STM32板子连接：

GPIO引脚配置（本例程 PF7接模块的SCL脚、PF8接模块的SDA脚）

// GS_IIC_SCL PF(7) ----- SCL
// GS_IIC_SDA PF(8) ----- SDA

INT悬空（未用到）。

实验现象:
        手势识别（GS）测试 - 实现PAJ7620U2自带9个手势识别的检测，

        向上（Up）、向下（Dowm）、向左（Left）、向右（Right）、向前（Forward）、向后（Backward）、顺时针（Clockwise）、逆时针（Counterclockwise）、和挥动（Wave）。当识别到正确的手势，手势类型会打印在串口1上（后续可以把它显示LCD/OLED屏幕上）。

注意事项:
1、模块属于光学器件，传感器表层的不洁净，会容易导致测量不佳，因此，在使用模块前，保持传感器表层洁净，工作时请勿用手去触摸，以免模块工作不正常。

下面是PAJ7620传感器模块I2C引脚配置头文件：

#ifndef __PAJ7620U2_IIC_H
#define __PAJ7620U2_IIC_H
//	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//STM32F10x开发板  PAJ7620传感器模块IIC驱动	（模块I2C引脚配置头文件）
//STM32学习有问题，请加入q群交流: 643807576

#include "sys.h"

//GPIO引脚配置（本例程 PF7接模块的SCL脚、PF8接模块的SDA脚）	 
#define GS_IIC_SCL    PFout(7) 		//SCL（SCL_OUT）
#define GS_IIC_SDA    PFout(8) 		//SDA_OUT，用于发送SDA数据给IIC传感器模块
#define GS_READ_SDA   PFin(8) 		//SDA_IN，用于读取IIC传感器模块的SDA数据

//I/O方向配置(寄存器操作).
#define GS_SDA_IN()  {GPIOF->CRH&=0xFFFFFFF0;GPIOF->CRH|=4<<0;}	//PF8  浮空输入
#define GS_SDA_OUT() {GPIOF->CRH&=0xFFFFFFF0;GPIOF->CRH|=3<<0;}	//PF8  推挽输出（通用）

//PS:  I/O方向不会配置? :傻瓜式操作 ---> https://xinso.blog.csdn.net/article/details/115862486

u8 GS_Write_Byte(u8 REG_Address,u8 REG_data);
u8 GS_Read_Byte(u8 REG_Address);
u8 GS_Read_nByte(u8 REG_Address,u16 len,u8 *buf);
void GS_i2c_init(void);
void GS_WakeUp(void);

#endif

（二）单片机源程序

#include "paj7620u2.h"
#include "paj7620u2_cfg.h"

static void paj7620u2_selectBank(bank_e bank);//选择PAJ7620U2 BANK区域
static u8 paj7620u2_wakeup(void);//PAJ7620U2唤醒

//PAJ7620U2初始化
//返回值：0:失败 1:成功
u8 paj7620u2_init()
{
	u8 i;
	u8 status;
	
	GS_i2c_init();//传感器I2C初始化							
	status = paj7620u2_wakeup();		//唤醒PAJ7620U2
	if(!status) 
		return 0;
	paj7620u2_selectBank(BANK0);	//进入BANK0寄存器区域
	for(i=0;i<INIT_SIZE;i++)						//初始化模块
	{
		GS_Write_Byte(init_Array[i][0], init_Array[i][1]);//初始化PAJ7620U2
	}
  paj7620u2_selectBank(BANK0);//切换回BANK0寄存器区域
	return 1;
}

GestureData *gesture;
void Gesture_Init(void)
{
	u8 i;
	paj7620u2_selectBank(BANK0);//进入BANK0寄存器区域
	for(i=0;i<GESTURE_SIZE;i++)
	{
		GS_Write_Byte(gesture_arry[i][0],gesture_arry[i][1]);//手势识别模式初始化
	}
	paj7620u2_selectBank(BANK0);//切换回BANK0寄存器区域

	gesture = (GestureData *)malloc(sizeof(GestureData));
	if(NULL == gesture){
		//
		printf("Error: struct \"GESTURE_DATA\" malloc failed\r\n");
	}
	memset(gesture, 0, sizeof(GestureData));
	
}

//选择PAJ7620U2 BANK区域
void paj7620u2_selectBank(bank_e bank)
{
	switch(bank)
	{
		case BANK0: GS_Write_Byte(PAJ_REGITER_BANK_SEL,PAJ_BANK0);break;//BANK0寄存器区域
		case BANK1: GS_Write_Byte(PAJ_REGITER_BANK_SEL,PAJ_BANK1);break;//BANK1寄存器区域
	}		
}

//PAJ7620U2唤醒
u8 paj7620u2_wakeup()
{ 
	u8 data=0x0a;
	GS_WakeUp();//唤醒PAJ7620U2
	delay_ms(5);//唤醒时间>400us
	GS_WakeUp();//唤醒PAJ7620U2
	delay_ms(5);//唤醒时间>400us
	paj7620u2_selectBank(BANK0);//进入BANK0寄存器区域
	data = GS_Read_Byte(0x00);//读取状态
	if(data!=0x20) return 0; //唤醒失败
	
	return 1;
}

主函数while(1)之前，记得初始化

//	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//STM32F10x开发板  PAJ7620传感器模块驱动	
//STM32学习有问题，请加入q群交流: 643807576

void PAJ7620_Init(void);

int main(void)
{		
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	
	uart_init(115200);	    //串口初始化为115200
 	LED_Init();			    		//LED端口初始化
	PAJ7620_Init();					//LED1亮起、串口输出“PAJ7620U2 OK”--->说明PAJ7620模块初始化正常
	 
	TIM2_Int_Init(1299,7199); //130ms定时--手势传感数据采集，130ms是手势类型采样时间，采样时间越小，识别反应越灵敏，可以自己调一下采样时间到合适。
	
	while(1)
	{
		;
	}
}

//LED1亮起、串口输出“PAJ7620U2 OK”--->说明PAJ7620模块初始化正常
void  PAJ7620_Init(void)
{
	while(!paj7620u2_init())//PAJ7620U2传感器初始化
	{
		printf("PAJ7620U2_B Error!!!\r\n");
		delay_ms(500);
		LED0=!LED0;//DS0闪烁
	}
	LED1 =~LED1;	
	delay_ms(1000);
	Gesture_Init();
  printf("PAJ7620U2 OK\r\n");
}

在定时器里面加入手势识别轮询检测的中断服务程序：

//定时器2中断服务程序			/* 手势类型识别 */
void TIM2_IRQHandler(void)   //TIM2中断
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM2更新中断发生与否
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志 

		//手势识别
		gesture->detect = GS_Read_nByte(PAJ_GET_INT_FLAG1,2,&gesture->data[0]);//读取手势状态			
		if(!gesture->detect)
		{   
			gesture->type =(u16)gesture->data[1]<<8 | gesture->data[0];
			if(gesture->type) 
			{
				switch(gesture->type)
				{
					case GES_UP:               printf("Up\r\n");            gesture->valid=1;      break; //向上
					case GES_DOWN:             printf("Down\r\n");          gesture->valid=1;     break; //向下
					case GES_LEFT:            printf("Left\r\n");          gesture->valid=1;    break; //向左
					case GES_RIGHT:          	printf("Right\r\n");         gesture->valid=1;    break; //向右
					case GES_FORWARD:       	printf("Forward\r\n");       gesture->valid=1;   break; //向前
					case GES_BACKWARD:      		printf("Backward\r\n");      gesture->valid=1;   break; //向后
					case GES_CLOCKWISE:     		printf("Clockwise\r\n");     gesture->valid=1;   break; //顺时针
					case GES_ANTI_CLOCKWISE:  printf("AntiClockwise\r\n"); gesture->valid=1;    break; //逆时针
					case GES_WAVE:           printf("Wave\r\n");     gesture->valid=1;    break; //挥动
					default:  																				gesture->valid=0;   break;	
				}
			}
		}
	}
}

谢谢观看，有问题需要请教的，请加入STM32学习交流群（QQ群号：643807576），本人QQ号2974278195有问题可添加看到必回。