基于紅外感應(yīng)器的接近感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為幫助設(shè)計(jì)者理解動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，本文關(guān)注紅外線(IR)與可見光的差異，探討接近和運(yùn)動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)如何在單一LED下運(yùn)行，以及動(dòng)作感應(yīng)在使用多個(gè)LED進(jìn)行多接近測(cè)量時(shí)如何工作。

在消費(fèi)、工業(yè)和汽車領(lǐng)域應(yīng)用中，許多電子系統(tǒng)從非接觸式反饋中受益。IR接近感應(yīng)為需要檢測(cè)物體存在的系統(tǒng)提供了一個(gè)最佳方法。接近感應(yīng)也可用于檢測(cè)最多三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，甚至是手勢(shì)，使得下一代電子產(chǎn)品的人機(jī)界面更先進(jìn)、更直觀。

在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，接近感應(yīng)作為一種探測(cè)用戶身體或手部存在的方法，越來越為人們所接受，該技術(shù)也能夠用于動(dòng)作感應(yīng)，如檢測(cè)用戶手勢(shì)。用戶手勢(shì)作為一種輸入，可以應(yīng)用于許多設(shè)備，如手機(jī)，計(jì)算機(jī)和其他家用電子產(chǎn)品。

為幫助設(shè)計(jì)者理解動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，本文關(guān)注紅外線(IR)與可見光的差異，探討接近和運(yùn)動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)如何在單一LED下運(yùn)行，以及動(dòng)作感應(yīng)在使用多個(gè)LED進(jìn)行多接近測(cè)量時(shí)如何工作。

在消費(fèi)、工業(yè)和汽車領(lǐng)域應(yīng)用中，許多電子系統(tǒng)從非接觸式反饋中受益。IR接近感應(yīng)為需要檢測(cè)物體存在的系統(tǒng)提供了一個(gè)最佳方法。接近感應(yīng)也可用于檢測(cè)最多三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，甚至是手勢(shì)，使得下一代電子產(chǎn)品的人機(jī)界面更先進(jìn)、更直觀。

在3月4日下午314會(huì)議室，Silicon Labs亞太區(qū)微控制器事業(yè)經(jīng)理彭志昌就上面大家關(guān)心的問題，做了題為采用紅外線傳感器開發(fā)接近感應(yīng)系統(tǒng)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(yīng)及其一些應(yīng)用和工作原理，另外九如何構(gòu)建IR接近感應(yīng)系統(tǒng)，借用Si1120芯片為例，討論了接近感應(yīng)技術(shù)的前景。

圖1：人機(jī)界面面臨的挑戰(zhàn)。

Si1102接近傳感器（proximitysensor）及Si1120接近和環(huán)境光線傳感器，為最快速的紅外線感測(cè)方案。Si1102及Si1120具備最佳化的電源效率，能實(shí)現(xiàn)非接觸式人機(jī)界面感測(cè)和優(yōu)異的檢測(cè)范圍。Si1102/20是各類感測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域的理想之選，該組件非常適用于訴求系統(tǒng)節(jié)能、損害檢測(cè)/檢驗(yàn)及手勢(shì)解讀的產(chǎn)品，例如便攜式電子、網(wǎng)絡(luò)電話、顯示器、多媒體信息站（kiosk）、自動(dòng)販賣機(jī)、互動(dòng)玩具、時(shí)鐘收音機(jī)，以及其他消費(fèi)性和工業(yè)產(chǎn)品。

QuickSenseSi1102傳感器能使電子裝置快速感測(cè)到使用者的接近，例如，能檢測(cè)手機(jī)正靠近使用者的臉部，并據(jù)此調(diào)整顯示器和亮度。舉例來說，QuickSenseSi1120紅外線接近和環(huán)境光線傳感器能檢測(cè)外在環(huán)境的光線，據(jù)此降低屏幕背光照明亮度以節(jié)省電力。與 F700和F800觸摸感應(yīng)微控制器（MCU）搭配時(shí)，QuickSense方案能實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)作感測(cè)，提供設(shè)計(jì)人員適合其應(yīng)用的完整人機(jī)界面技術(shù)組合，并能從根本改善用戶經(jīng)驗(yàn)。

圖2：Silicon Labs公司Si1102傳感器簡介。

從以往經(jīng)驗(yàn)來看，要將先進(jìn)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)整合至終端產(chǎn)品，可以說是充滿挑戰(zhàn)，且必須在性能和功耗方面有所妥協(xié)。 SiliconLabs憑借專利技術(shù)及累積多年的紅外線產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造專業(yè)，已打造出無需妥協(xié)的創(chuàng)新方法。不像競爭方案的紅外線LED必須長時(shí)間進(jìn)行多次脈沖以達(dá)到精確的測(cè)量，Si1102/20組件使用專利的單一脈沖接近測(cè)量技術(shù)，在電源效率上可達(dá)到4000倍的改善，電池壽命得以延長，而這正是便攜式應(yīng)用的關(guān)鍵特性。在長達(dá)50cm的距離范圍（無鏡頭輔助）內(nèi)，Si1102/20能在使用者不在現(xiàn)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(shè)備及網(wǎng)絡(luò)電話等產(chǎn)品。

Si1120組件實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新、專利申請(qǐng)中的非接觸式手勢(shì)接近滾軸技術(shù)，讓使用者無需實(shí)際觸摸，只要利用簡單的手勢(shì)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(wěn)定的性能。它也讓產(chǎn)品可使用低成本及小體積的紅外線LED，如此通常能明顯降低系統(tǒng)成本。

圖3：Si1102設(shè)計(jì)原則。

Si1102和Si1120紅外線傳感器系列由QuickSenseStudio支持，QuickSenseStudio為針對(duì)包括F700和F800觸控感應(yīng)微控制器在內(nèi)的所有QuickSense組件的共同開發(fā)架構(gòu)。QuickSenseStudio的配置向?qū)ё屧O(shè)計(jì)人員可使用直覺式軟件圖形用戶界面（GUI）去選擇他們想要實(shí)現(xiàn)的功能，例如電容式觸摸感應(yīng)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(shè)定和標(biāo)準(zhǔn)化這些功能。設(shè)計(jì)人員還能測(cè)試他們的實(shí)作，并檢視系統(tǒng)性能的圖形化顯示。

2010年將有超過十億的電子產(chǎn)品具有高級(jí)用戶界面控制功能，如觸摸屏、電容式感應(yīng)和紅外線感應(yīng)，消費(fèi)類產(chǎn)品繼續(xù)成為人際界面最大的潛在市場(chǎng)。