【经验】光电传感器在手势识别应用中的正确打开方式

时间： 2017-05-11 来源：世强作者：风起云扬

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"挥一挥衣袖，不带走一片云彩。"我相信，大家对徐大师这句轻盈、浪漫的诗句应该印象深刻。那么对于我们"攻城狮"而言，"挥一挥衣袖"除了"不带走一片云彩"，还能意味着什么？

世界知名的精密混合信号器件方案提供商SILICON LABS，新近推出了一款集成了环境光、接近和手势识别功能的光电传感器Si1153。其内带I2C数字接口，并有可编程事件中断输出，可广泛应用于需要手势识别的应用上。依据"挥一挥衣袖"动作的不同，如：上下挥、左右挥、斜挥、正时针挥、逆时针挥、等等，Si1153将采集到不同的信号，通过转换和MCU处理后，向主控系统发出不同的控制命令。

图1：Si1153内部结构框图

如上图1，是Si1153内部结构框图。它内部由如下四个部分组成：两个23位模拟-数字转换器，一个集成可见光和红外光电的高灵敏度的二极管阵列，一个数字信号处理器，和三个电流驱动水平的可编程的LED驱动器。这四个部分，构成了手势识别应用的重要基础。其中，依靠23位的ADC及光电二极管阵列，更是实现了业界领先的转换精度！

如下图2，是手势识别应用中关于IR部分的电路原理图。Si1153驱动三颗红外LED接收反射光，并依靠内部ADC及信号处理器转换为数字信号，并通过IIC接口送给外部MCU处理。

图2：手势识别应用中关于IR部分的电路原理图

如图3，红色方框内是Si1153，红色圆框内是红外发送LED，这四个器件构成了手势识别最小红外系统。在实际案例中，根据外观需求，可以调整红外及Si1153的相对位置，但总体原则是，外观好看，距离好算。图3 DEMO如此布局的原因是，手势识别算法简单。

图3：手势识别应用中板上器件布局实例

在手势识别算法上，大体有两种方案，一个是基于位置的手势感知，另一个是基于相位的手势感知。在图4、图5中，演示了基于位置的手势感知的计算过程。

此处距离可用以下公式近似计算

图4：距离近似处理

图5：距离计算原理示意

在图6、图7、图8中，完整地演示了基于相位的手势感知处理方案，这也是我们现实中经常使用的一种方案。

图6：手挥动示意

图7：向右挥动、向左挥动时波形时序图

在图7中，当D1、D2、D3如右上角插图或如图6布局时，当手向右挥动，D1发射的红外光将首先被反射并被SI1153接收处理，所以，在"RightSwipe"中，D1波形的波峰靠左。同理，在"LeftSwipe"中，D2波形的波峰靠左。而D3是在中间位置，所以对应其波形的波峰也就在中间了。基于这个原因，再通过计算它们波峰之间的时间差，即可判断手在挥动时的手势。

图8：向下挥动、向上挥动时波形时序图

同理，在图8中，可据此判断手上下挥动手势。

也同样基于这个原理，当手进行画圈等复杂手势操作时，通过在这段时间内波形波峰出现的特点，同样可以判断出来。如图9，是可以识别手势的列举。

图9：可识别手势列举

另外，在Si1153用于手势识别中时，它还可以用于环境光检测。而且，从100mlx~128klx都可以检测，检测范围极广。

只要我们潇洒地挥一挥手，机器、设备等就能立马执行我们想要的动作，想想都有点激动！显然，这比传统的按键甚至是当下比较先进的触摸技术更能给使用者美好的体验。这个由Silicon labs的Si1153传感器带来的具有革命性的先进技术，可广泛地应用在灯光控制、汽车多媒体控制、空气净化器控制等等的多种机器、设备的控制中，不仅可以增加产品的亮点及竞争力。最重要的是，可以给使用者带来方便及更美好的使用体验，前景十分广阔！

Si1153主要特征汇总如下：
接近探测器：
• 无额外透镜探测距离：从不足1cm，到50cm
• 有透镜探测距离：从不足1cm，到200cm
• 最多集成三个独立的LED驱动器
• 从5.6mA至360mA，每个LED驱动器可设置30级电流驱动强度
• 因配备了940nm带通滤波器，可在阳光直射下工作
• 因940nm带通滤波器，可拒绝来自日光和其他来源（Si1153- AA09/AA9X）不必要的可见光和红外线的干扰。

环境光传感器：
• 100mlx分辨率
• 128 klx最大测试强度

其他：
• 业界最低功耗
• 1.62至3.6V的电源电压
• 9μA的平均电流（800mS周期，LED脉冲25.6μS 180mA，另加3μA Si1153功耗）
• <500nA的待机电流
• 25.6us LED"ON"时间，保证总功耗低，且不会影响性能、不增加噪音
• 内部和外部唤醒支持
• 内置电压监测器和上电复位控制器

Silicon Labs UG163 Si1133/Si1153 光学传感器评估板用户使用说明详情>>>

Silicon labs AN950：Si1153用户指南详情>>>

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全部评论（8）

用户89710054 Lv2 2023-12-04

请问Si1153价格怎样？用于手势识别传感的最远距离大概是多远？
- Van_世强回复： Si1153是SILICON LABS推出的红外接近传感器。最远接近检测距离，有两种范围。50cm的以及200cm（加透镜）。因此，对于接近检测及手势识别，可实现检测范围最远可为200cm。
  查看全部1条回复
用户64547569 Lv3 高级工程师 2019-11-02

请问Si1153用于手势识别传感的模块可以提供吗？
- 用户97031550_世强回复：这个SI1153的评估板，上面是用的SI1153芯片SI1153-AB09-GMR和独立的3个贴片红外发光二极管。由SI1153-AB09-GMR驱动，这样独立的3个发光二极管布局位置布局灵活。也可以用集成一个LED的模块SI1153-AB9X-GM，外加2个LED。这个SI1153-AB09-GMR和SI1153-AB9X-GM，世强这边库存比较充足。包括红外LED，世强这边也有ROHM，可天士等品牌的。
  查看全部2条回复
世强你最佳的选择 Lv6 高级专家 2018-12-26

感应距离多少？可以定位人员角度吗？
- 找回回复：人体感应开关可感应范围一般为3米以内（视牌子而定），使用寿命一般3年左右
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Tonly Lv6 高级专家 2018-01-02

如何设计红外传感器手势识别结构
- Trubo_世强回复：红外传感器的结构设计可以参考AN950-SI1153 USER'S GUIDE，里面有相应的说明。
  查看全部1条回复
用户89710054 Lv2 2023-12-02

请问Si1153价格怎样？用于手势识别传感的最远距离大概是多远？

Tonly Lv6. 高级专家 2021-04-01

学习了
Tonly Lv6. 高级专家 2018-01-16

经典，难得的好文章
德高旺重 Lv9. 科学家 2017-12-08

good

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