【应用】超酷炫智能开关技术之手势识别篇

时间： 2016-10-25 来源：世强作者：紫云

技术问答

智能开关是在电子开关的基础上演变而来的，是对原有翘板式机械开关颠覆性的革命，从爱迪生1879年发明电灯泡开始，就有了简单的机械开关。随着电子技术的发展，智能开关打破了传统机械开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。智能开关被广泛应用于家居、办公室、工业、农林渔牧等多个领域的智能化改造。

近年来，随着技术的发展，利用手势来控制开关成为了可能。不知道您家的智能开关能否支持手势识别功能？！下面我们来介绍一个超酷炫的智能开关方案，采用SILICON LABS 的光传感器 Si114x设计，支持3轴手势识别，真正领会您的每一个动作。智能开关的功能框图如图1所示。

图1：智能开关框图

从上图的智能开关框图可以看出，这款智能开关功能非常丰富，可支持多种无线通信功能，可以控制家庭，会议室等门窗帘，灯，空调等智能终端设备；LCD显示界面可以实时显示室内的温湿度和开关所连接的智能终端的状态。可220V交流供电，全低功耗器件设计也可以使用电池供电。并且可支持多种控制输入方式，例如按键/触摸按键方式，还可支持手势识别方式。如下图2所示为手势识别的功能框图。

图2：手势识别功能框图 / Si1147 光传感器与LED布局示意图

从手势识别的功能框图中，可以看出，本方案采用了Silicon Labs Si1147光传感器，连接了3颗红外LED灯作为检测的光源。作为手势识别，这3颗LED灯需要成一定的布局，不管手势是从上下方向滑动，还是左右方向滑动，都有两个LED先后被手势先后覆盖。如图3操作示意，可识别3轴的手势，左右方向（X轴），上下方向（Y轴），还有接近感应（Z轴）。例如下图左右方向的手势识别示意图，3颗LED都是由Si1147光传感器来驱动的。当手从左向右滑动时，先经过了LED1，然后经过了LED3，那么MCU从Si1147光传感器中读取到的数值就会有这样特征： LED1通道数值超过阀值的时间早于LED3超过阀值的时间。MCU通过判断3个LED通道的数据超过阀值的时间先后来识别手势。上下方向亦然。并且可以读取出具体的LED通道值，配合一定算法，准确无误的识别手势的方向和动作。例如，当您挥挥手就能打开或者关闭客厅的灯光是不是挺不错的体验呢？在夜晚睡觉需要寻找开关开灯的时候，手靠近智能开关的时候，提前帮你把按键背光打开，是不是很贴心的设计呢？

图3：左右方向滑动手势识别示意图

以上手势识别功能可要归功于Silicon Labs Si1147光传感器，Si1147具有以下特性：

1）集成红外线临近探测器
• 探测范围可从 1 cm 以下调节到超过50 cm
• 三路独立的 LED 驱动器
• 每个 LED 驱动器有 15 级电流设置，从 5.6 mA 到 360 mA
• 25.6 µs LED 驱动脉冲宽度
• 50 cm 临近范围，具有单个脉冲(<3 klx)
• 15 cm 临近范围，具有单个脉冲(>3 klx)
• 运行时高达 128 klx （阳光直射）
• 高反射灵敏度< 1 µW/cm2
• 高电磁抗扰性，无屏蔽封装

2）集成环境光传感器
• 分辨率可以达到 100 mlx，允许在深色玻璃下工作
• 在两个 ADC 范围设置之间动态范围可以达到 1 至 128 klx
• 使用红外校正算法可以准确测量环境亮度

3）集成紫外线传感器，支持紫外线测量

4）业界最低的功耗，适合电池供电应用
• 1.71 V 至 3.6 V 电源电压
• 9 µA 平均电流（每800 ms测量一次计算， 180 mA LED电流25.6 µs 脉冲宽度）
• < 500 nA 待机电流
• 支持内部和外部唤醒
• 内置电压电源监控器和电源复位控制器

5）I2C串行通信
• 数据速率高达 3.4 Mbps
• 从模式硬件地址解码
• 小外形 10 引线 2x2 mm QFN
• 温度范围：–40°C 至 +85 °C

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全部评论（1）

草团君 Lv4. 资深工程师 2019-04-28

功能比较多，不知实际应用如何

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数据手册 - SILICON LABS - Rev 1.41 5/15 - 2016年06月22日 PDF 中文下载

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