基于Motorola MC33794的人體位置探測器
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目前，對物體（包括人體）位置進(jìn)行探測一般采用如下一些方式和技術(shù)：
微波感應器：又稱(chēng)微波雷達，是利用電磁波的多普勒原理來(lái)做的，我們知道，任何波都有反射的特性，當一定頻率的波碰到阻擋物的時(shí)候，就會(huì )有一部分的波被反射回來(lái)，如果阻擋物是靜止的，反射波的波長(cháng)就是恒定的，如果阻擋物是向波源運動(dòng)，反射波的波長(cháng)就比波源的波長(cháng)來(lái)得短，如果阻擋物是向遠離波源的方向運動(dòng)，反射波的波長(cháng)就比波源的波長(cháng)來(lái)的長(cháng)，波長(cháng)的變化，就意味著(zhù)頻率的變化。微波感應正是通過(guò)反射波的變化知道有運動(dòng)物體逼近或遠離的。
從上面的分析我們知道，微波感應主要對物體（人體）的移動(dòng)進(jìn)行反應，因而反應速度快，適用于探測以一定速度靠近或遠離微波感應器的物體，比如以一定速度行走的人員通過(guò)某個(gè)場(chǎng)所，就可以用微波方便地探測出來(lái)。它的特點(diǎn)是一旦在附近的物體靜止不動(dòng)，雷達便不再反應。另一方面它無(wú)法探測出物體的體積大小。
紅外感應器：紅外感應器探頭是靠探測人體或其他物體發(fā)射的紅外線(xiàn)而進(jìn)行工作的，探頭收集外界的紅外輻射通過(guò)聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì )向外釋放電荷，檢測處理后產(chǎn)生報警。在電子防盜探測器領(lǐng)域，紅外探測器的應用非常廣泛。
紅外感應器的優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。對物體的存在進(jìn)行反應，不管物體是否移動(dòng)，只要處于感應器的掃描范圍內，它都會(huì )反應。其缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；另外紅外探測器只對相對背景來(lái)說(shuō)明顯發(fā)射紅外線(xiàn)的物體或人體有效，對于不發(fā)射紅外線(xiàn)的物體需要有附加的紅外光源。
從上可知，紅外探測器主要用于感知物體是否進(jìn)入探測范圍，而對于物體是否移動(dòng)或物體的大小尺寸則不能感知出來(lái)。
電場(chǎng)傳感器：Motorola的電場(chǎng)傳感器MC33794是一種新型的物體位置探測器件，Motorola公司提供行業(yè)內唯一可產(chǎn)生及檢測低水平電場(chǎng)和功率并支持微控制器（MCU）的集成電路（IC），所有這些功能均集成在單個(gè)芯片中。這款I(lǐng)C的應用目標包括電器、機器、汽車(chē)安全系統和使用人體感應觸摸板輸入作為用戶(hù)接口的任何產(chǎn)品或者系統。設計工程師在需要非接觸探測和三維（3D）電場(chǎng)成像的嵌入式系統中使用MC33794，可減少系統所需器件和成本。它通過(guò)發(fā)射120KHz的超聲波，然后通過(guò)測量布置在物體周?chē)?個(gè)電極上（這些電極均可獨立使用）的空間分布電容的微小變化來(lái)得到周?chē)碾妶?chǎng)信息，無(wú)接觸地得到被探測物體的空間位置信息、物體的體積信息和相對位移變化信息。這是一種全新的三維物體位置探測器件和技術(shù)。這種技術(shù)非常適合于非導電容器內液體高度的測定。測定工作可以在容器外完成，而且測量時(shí)無(wú)須內部或接地結構。適合測量任何介電常數的導電液體，或者介電常數比一般值大很多的非導電液體。電場(chǎng)成像技術(shù)還可以探測到例如汽車(chē)在駕駛位置上有沒(méi)有坐人，坐的是大人還是孩子，也可以探測到音樂(lè )指揮家的動(dòng)作幅度等。由于幾乎所有的日常用品都含有帶電荷、并能在電場(chǎng)中移動(dòng)的原子。電荷可以被感知，也能用三維成像技術(shù)來(lái)顯示各原子之間、原子與外界的相互關(guān)系。因此，電場(chǎng)感應是許多可選擇技術(shù)的補充，如光感應和聲音感應技術(shù)等。比如，光感應技術(shù)不能檢測到視線(xiàn)范圍以外的物體，但通過(guò)電場(chǎng)感應技術(shù)就可以檢測到。
系統概述
電場(chǎng)式成像芯片MC33794適用領(lǐng)域：
電場(chǎng)式成像芯片MC33794可以使用戶(hù)輕松開(kāi)發(fā)出包含該芯片、多個(gè)電極和一顆微控制器的系統，實(shí)現三維感測和成像應用。這種系統具有可靠的檢測和感知能力，能廣泛實(shí)用于下列領(lǐng)域：
1. 家用電器可輕松植入自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。如果在電吹風(fēng)的手柄上嵌入幾個(gè)電極，那電吹風(fēng)被拿起時(shí)就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，而被放下時(shí)又會(huì )自動(dòng)斷電關(guān)閉。另外還可嵌入更多的電極，并定義這些電極的功能，從而能讓使用者通過(guò)輕微觸動(dòng)這些電極，來(lái)控制吹風(fēng)的溫度或速度。
2. 能夠方便地實(shí)現包括液位檢測、溢出檢測和濕度檢測等應用。例如，可對平頂爐進(jìn)行編程控制，當爐上的液體被加熱至沸騰溢出時(shí)，平頂爐的爐火能夠自動(dòng)減小或關(guān)閉。
3. 觸摸屏輸入則是一個(gè)較為復雜的應用。在此類(lèi)應用中，一個(gè)電極陣列被嵌入到玻璃中、或被放置在非金屬表面的后面，并能以矩陣的方式被感應到，這有些類(lèi)似于接觸式的開(kāi)關(guān)輸入。但這種方法無(wú)需薄膜開(kāi)關(guān)或昂貴的多層電阻式觸摸板，也無(wú)需接觸式的機械裝置就可以感應到輸入情況，因而能消除接觸式機械裝置常碰到的磨損、灰塵和腐蝕等問(wèn)題，尤其適合在惡劣環(huán)境下工作。
4. 虛擬的計算機內建觸摸屏(Touch Pad)也是通過(guò)電場(chǎng)式成像技術(shù)來(lái)?yè)斒髽说墓δ?。在內置的電極或放置在板面下的電極的幫助下，觸控板能檢測到手或手指在板面上的位置變化。通過(guò)先進(jìn)的檢測和軟件技術(shù)，物體在三維空間內的位置可被檢測出來(lái)。
5. 電場(chǎng)式成像技術(shù)在汽車(chē)安全中的應用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保護系統中采用了摩托羅拉的MC33794電場(chǎng)式成像芯片來(lái)探測乘客的身型和位置，以決定是否需要彈出安全氣囊，避免令小童和身型較小的乘客因氣囊彈出而受傷。該系統采用低階電場(chǎng)檢測技術(shù)來(lái)探測乘客的頭部位置，以及頭部與側氣囊的距離。一旦系統發(fā)現乘客的頭部太靠近氣囊，系統就會(huì )自動(dòng)阻止氣囊的展開(kāi)。
本項目設計目標
本項目就是利用Motorola電場(chǎng)傳感器MC33794這種新器件和新技術(shù)，設計一個(gè)能夠準確探測人體位置和大小的探測器，同時(shí)也可以用于分別探測多個(gè)物體的位置信息。
1.探測器的設計目標：
充分利用MC33794 能夠方便探測出物體大小的特點(diǎn)，使其應用于紅外、微波感應器不能勝任的場(chǎng)合。充分發(fā)揮MC33794 的功能，體現多路電場(chǎng)傳感器的獨特功能。
采用廉價(jià)低功耗通用型MCU MC68HC908AP64 進(jìn)行數據處理。
采用優(yōu)良的數值計算方法，根據9 路電極的參數精確計算三維物體位置及大小。
設備設計為具有通用性，可用在多種領(lǐng)域。
進(jìn)行控制，盡量降低成本。 電荷放大器相關(guān)文章:電荷放大器原理
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