基于紅外感應器的接近感應系統設計

為幫助設計者理解動(dòng)作感應系統的設計原則，本文關(guān)注紅外線(xiàn)(IR)與可見(jiàn)光的差異，探討接近和運動(dòng)感應系統如何在單一LED下運行，以及動(dòng)作感應在使用多個(gè)LED進(jìn)行多接近測量時(shí)如何工作。

在消費、工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域應用中，許多電子系統從非接觸式反饋中受益。IR接近感應為需要檢測物體存在的系統提供了一個(gè)最佳方法。接近感應也可用于檢測最多三維空間內的運動(dòng)，甚至是手勢，使得下一代電子產(chǎn)品的人機界面更先進(jìn)、更直觀(guān)。

在消費電子產(chǎn)品中，接近感應作為一種探測用戶(hù)身體或手部存在的方法，越來(lái)越為人們所接受，該技術(shù)也能夠用于動(dòng)作感應，如檢測用戶(hù)手勢。用戶(hù)手勢作為一種輸入，可以應用于許多設備，如手機，計算機和其他家用電子產(chǎn)品。

為幫助設計者理解動(dòng)作感應系統的設計原則，本文關(guān)注紅外線(xiàn)(IR)與可見(jiàn)光的差異，探討接近和運動(dòng)感應系統如何在單一LED下運行，以及動(dòng)作感應在使用多個(gè)LED進(jìn)行多接近測量時(shí)如何工作。

在消費、工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域應用中，許多電子系統從非接觸式反饋中受益。IR接近感應為需要檢測物體存在的系統提供了一個(gè)最佳方法。接近感應也可用于檢測最多三維空間內的運動(dòng)，甚至是手勢，使得下一代電子產(chǎn)品的人機界面更先進(jìn)、更直觀(guān)。

在3月4日下午314會(huì )議室，Silicon Labs亞太區微控制器事業(yè)經(jīng)理彭志昌就上面大家關(guān)心的問(wèn)題，做了題為采用紅外線(xiàn)傳感器開(kāi)發(fā)接近感應系統的演講，吸引了眾多的工程師參與。在本次研討會(huì )上，彭經(jīng)理首先介紹了紅外接近感應及其一些應用和工作原理，另外九如何構建IR接近感應系統，借用Si1120芯片為例，討論了接近感應技術(shù)的前景。

圖1：人機界面面臨的挑戰。

Si1102接近傳感器（proximitysensor）及Si1120接近和環(huán)境光線(xiàn)傳感器，為最快速的紅外線(xiàn)感測方案。Si1102及Si1120具備最佳化的電源效率，能實(shí)現非接觸式人機界面感測和優(yōu)異的檢測范圍。Si1102/20是各類(lèi)感測應用領(lǐng)域的理想之選，該組件非常適用于訴求系統節能、損害檢測/檢驗及手勢解讀的產(chǎn)品，例如便攜式電子、網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、顯示器、多媒體信息站（kiosk）、自動(dòng)販賣(mài)機、互動(dòng)玩具、時(shí)鐘收音機，以及其他消費性和工業(yè)產(chǎn)品。

QuickSenseSi1102傳感器能使電子裝置快速感測到使用者的接近，例如，能檢測手機正靠近使用者的臉部，并據此調整顯示器和亮度。舉例來(lái)說(shuō)，QuickSenseSi1120紅外線(xiàn)接近和環(huán)境光線(xiàn)傳感器能檢測外在環(huán)境的光線(xiàn)，據此降低屏幕背光照明亮度以節省電力。與 F700和F800觸摸感應微控制器（MCU）搭配時(shí)，QuickSense方案能實(shí)現智能動(dòng)作感測，提供設計人員適合其應用的完整人機界面技術(shù)組合，并能從根本改善用戶(hù)經(jīng)驗。

圖2：Silicon Labs公司Si1102傳感器簡(jiǎn)介。

從以往經(jīng)驗來(lái)看，要將先進(jìn)的人機界面設計整合至終端產(chǎn)品，可以說(shuō)是充滿(mǎn)挑戰，且必須在性能和功耗方面有所妥協(xié)。 SiliconLabs憑借專(zhuān)利技術(shù)及累積多年的紅外線(xiàn)產(chǎn)品設計和制造專(zhuān)業(yè)，已打造出無(wú)需妥協(xié)的創(chuàng )新方法。不像競爭方案的紅外線(xiàn)LED必須長(cháng)時(shí)間進(jìn)行多次脈沖以達到精確的測量，Si1102/20組件使用專(zhuān)利的單一脈沖接近測量技術(shù)，在電源效率上可達到4000倍的改善，電池壽命得以延長(cháng)，而這正是便攜式應用的關(guān)鍵特性。在長(cháng)達50cm的距離范圍（無(wú)鏡頭輔助）內，Si1102/20能在使用者不在現場(chǎng)時(shí)輕易關(guān)閉顯示器及其他功能。此省電功能特別適用于家電用品、安全設備及網(wǎng)絡(luò )電話(huà)等產(chǎn)品。

Si1120組件實(shí)現了創(chuàng )新、專(zhuān)利申請中的非接觸式手勢接近滾軸技術(shù)，讓使用者無(wú)需實(shí)際觸摸，只要利用簡(jiǎn)單的手勢便能操縱。杰出的靈敏度讓此非接觸式控制功能提供更多好處，可在各種照明條件下提供穩定的性能。它也讓產(chǎn)品可使用低成本及小體積的紅外線(xiàn)LED，如此通常能明顯降低系統成本。

圖3：Si1102設計原則。

Si1102和Si1120紅外線(xiàn)傳感器系列由QuickSenseStudio支持，QuickSenseStudio為針對包括F700和F800觸控感應微控制器在內的所有QuickSense組件的共同開(kāi)發(fā)架構。QuickSenseStudio的配置向導讓設計人員可使用直覺(jué)式軟件圖形用戶(hù)界面（GUI）去選擇他們想要實(shí)現的功能，例如電容式觸摸感應按鍵、滾軸及滾輪等，之后并能輕松地自動(dòng)產(chǎn)生軟件以設定和標準化這些功能。設計人員還能測試他們的實(shí)作，并檢視系統性能的圖形化顯示。

2010年將有超過(guò)十億的電子產(chǎn)品具有高級用戶(hù)界面控制功能，如觸摸屏、電容式感應和紅外線(xiàn)感應，消費類(lèi)產(chǎn)品繼續成為人際界面最大的潛在市場(chǎng)。