物体系统传感器红外线接近感应人机界面设计要素

红外线接近感应人机界面设计要素

时间:2011年12月02日
触摸屏是一类能够检测触摸存在和位置的显示设备,它们可以让用户通过设备屏幕直接与设备交互,而不是机械式按键或像鼠标一样的其他间接设备。今天许多微控制器集成了相应的嵌 电池业务新能源电池概念再活跃 德赛电池攻击涨停德州成都美元德州仪器3座晶圆厂 瞄准模拟IC变换器电流谐振基于MATLAB的对零电流开关准谐振变换器的建模与仿真锂电池我国电池工程院院士建议国家巨资攻关锂电池模型信息事物自动化仪器仪表与控制系统现状及发展趋势(三)网络系列芯片Lantiq首款内置光控电路的GPON系统级芯片产品系列高新区惠州产业园看仲恺高新区如何借力LED带动区域转型升级测试产品解决方案Multitest获得多份老化测试板续订订单功能日元通信NTT-ME将上市802.11g无线LAN接入点
触摸屏是一类能够检测触摸存在和位置的显示设备,它们可以让用户通过设备屏幕直接与设备交互,而不是机械式按键或像鼠标一样的其他间接设备。今天许多微控制器集成了相应的嵌入式电路,使得他们能够被应用于触摸屏控制。微控制器能够用于设定门限,提供最小化误触发的噪声消除,实现支持多种不同类型触摸输入的主机固件,例如单触点触摸、多触点触摸和轻敲等。

  为了进一步改善人机界面的表现能力,设计师能够为其添加接近传感器,单一接近传感器可用于检测物体的存在与否,例如手或者用户身体。这种能力在许多应用中非常有用。例如,计算机显示器能够使用嵌入式接近检测器感应用户的存在。当检测到用户不在时,它可以关闭屏幕,以节省电力;当感应到用户返回时,它重新点亮屏幕。

  另一种迅速流行的人机界面技术是运动检测,这种运动感知能力是指系统有识别物体移动以便执行特定功能的能力。例如,手机应用程序可能会允许用户通过晃动一下手机来进行文件翻页。添加另一个接近传感器到设计中,使得设备具有一维空间运动检测的能力。通过定制固件,两个接近传感器与微处理器紧密配合,不仅能提供运动存在检测能力,而且也能检测出运动发生的方向。

  要理解动作感应系统设计的理论基础,需要了解
红外线(IR)与可见光的差异,探讨接近和运动感应系统如何在单一LED下运行,以及动作感应在使用多个LED进行多接近测量时如何工作。

  当我们谈及“光”时,通常指的是来自太阳或灯具的可见光,然而,可见光仅占光谱范围中的一小部分。我们把可见光定义为人眼可以识别的所有光线,通常人眼可以识别的光线波长为380-750 nm。那么,人眼无法识别的非可见光(如波长为850 nm光)又如何呢?

  红外(
IR)辐射光的波长为100um -750mn。IR光与可见光有着相同的特性,例如反射率,而且它可以通过特殊灯泡或发光二极管生成。因为人眼无法看到IR光,所以我们可以用它来完成一些特殊的人机界面任务,例如接近检测,而无需用户与系统进行任何直接接触。

  IR接近传感系统能够检测附近物体的存在,并根据检测结果做出反应。IR接近检测的应用无处不在。例如,手机可以使用接近传感技术检测通话时手机是否接近面部。当你把手机靠近耳边时,手机将检测到头的存在,从而自动关闭屏幕以节省电能。其他接近感应系统的例子包括皂液器和饮水机,你可以把手放在传感器附近(通常在皂液管或水龙头附近),以“非接触”而又卫生的方式获取皂液或水。在高端汽车上,外部防碰撞系统也使用接近检测,当汽车与其他汽车或者物体太靠近时,接近检测会提醒司机注意。有些车辆还可以使用车内接近感应系统检测乘客的存在,从而调整安全装置(如安全气囊)。

  接近检测通过专门设计的IR LED实现。与IR LED相对应的是光电二极管,它一般用来检测LED发出的IR光。当IR LED和光电二极管同方向放置时,光电二极管将不会检测到任何IR光,除非有物体在LED的前面,将光反射回光电二极管。反射回光电二极管的光强与物体到光电二极管的距离逆向相关。

  单一LED和光电二极管相结合可以检测一些动作,例如可以检测物体是否靠近或远离光电二极管,这仅仅是一维空间检测。假设一个系统,其布局如图1所示。单一LED系统仅使用LED1与IR传感器。

图1:一维空间动作检测

  图2是三个手势动作过程中Silicon Labs Si1120传感器感应IR LED后的输出值。其中Y轴是反射的IR光强,X轴是时间。三个手势包括沿图1 X轴从左到右的滑动,沿Y轴从底部到顶部的滑动,以及沿Z轴由远及近,然后由近及远的往复运动。图2表明,单一LED系统不能区分这些手势,使用单一LED,系统只能检测到物体正在接近或远离传感器,而不能判别其方向。

图2:单一LED系统性能分析

  二维空间检测由位于不同位置的两个LED和单个光电二极管组成。从LED1得到一个测量值,然后快速从LED2获得另一个测量值,两个测量值被用于计算二维空间上的物体位置。其中一维空间是接近LED1(左)或接近LED2(右),而另一维空间是接近或远离光电二极管。图3是与图2相同的三个手势,其中白线代表从LED1中读出的数据,红线代表从LED2读出的数据。从左到右滑动过程中,白线上升,然后是红线。当手从左到右滑动时,LED1反射IR光到传感器,然后是LED2。

图3:二维空间中手势性能分析

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