红外接近感应引领下一代用户界面创新设计

时间： 2016-02-03 来源：Silicon Labs（世强翻译）

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在过去十年中，通过增强用户界面和智能设计，人机交互方式已经有了明显地进步。这些变化大多数围绕着触摸屏接口，高精度，低功耗的电容触摸屏在手机市场尤其排在前列。现在，通过在人机界面（HMI）技术和设计的进步，红外接近传感器在非接触手势识别上即将迎来下一个用户界面创新。

传统的红外接近感应系统包含了老光电探测器和光阻断器，它们分别是基于运动和中断的触发器。这些接近感应方案广泛应用于自动门和盥洗分配系统，但是应用已经由于传感器尺寸、功率和可配置性而受到了限制。更先进的主动接近传感器提供了激动人心的特性，增强了消费电子和工业产品便利性。下一代红外传感器产品，如SILICON LABS的Si114x非接触式传感器IC系列，不仅比以前的产品更小、功耗更低，而且有驱动多个红外发光二极管的能力。从而能在多维度实现高级手势识别输入。

从单一到多发光二极管系统演进

单发光二极管驱动接近传感器已经用于触摸屏手机又很多年了，代表着最高容量的接近传感器市场，但它们的使用不是没有问题的。例如，虽然接近传感器是用来在通话期间待机手机触摸屏，消除脸颊误接触。一个快速的网络搜索发现，许多最终用户对他们手机上的接近传感器性能是不满意的。因误操作接近传感器，造成不小心静音来电，启动会议电话呼叫和频繁意外挂断来电等。

为什么一个看似简单的接近感应系统故障如此频繁呢？答案在于传感器设计和配置，需要与之相配的机械设计指南。许多红外接近传感器仅仅是一个将接収到的信号输出原始数据的哑传感器。传感器没有任何板上智能以帮助识别真实信号上的系统噪声，它们在高红外环境如阳光充足或室内点亮白炽灯下工作就会出现问题。此外，在现代电子系统中，工业设计需求越来越重要了。这些接近传感器是不适合工作在非常黑暗的场合中的，这会限制可见光和红外光到达传感器。

最新一代的接近传感器，如Silicon Labs的SI114X系列，定位于解决现有接近传感器操作相关的短板。SI114X系列传感器的先进架构如图1所示，多个高灵敏度的光电二极管加上高精度的模数转换器，使测量的红外发光二极管打开时间(25.6ms)少于其他不那么先进的传感器产品的时间。这短的发光二极管开通时间使传感器能确定和补偿环境中周围的红外光，更好的从实际接近测量中区分它们。

更快的测量速度还能降低整个系统功耗。红外发光二极管是接近感应系统中功耗预算最大的贡献者。最小化发光二极管需要保持的时间，可降低整体系统功耗。15级动态可调发光二极管驱动电流设置，发光二极管的驱动能力能根据周围红外条件进行调整，从而节省能源到达更高能效设计。发光二极管不再必须设置在耗电的最大设置。高灵敏度的光电二极管也使得传感器工作在非常黑暗的玻璃后面，电子部分仍然可隐藏到人眼之外，带来更清新、更时尚的工业设计。

图1.Si114x接近传感器可做多维度的非接触手势接口

3发光二极管，3大创新

虽然当前市场主要是单发光二极管接近系统驱动，未来却将在用户接口方面使用独特创新的多发光二极管接近传感器系统的。2发光二极管红外系统能实现滑块和手势选择，可应用于如电子书翻页，家庭音响设备中的音量选择或平板电脑滚屏等场合。3发光二极管接近系统能用于3维位置技术和多轴手势识别。这些3发光二极管系统能用于非接触式用户界面导航如图标或图片选择，缩放地图应用，甚至游戏控制。另外，对于3发光二极管接近感应系统，更激动人心的应用只受制于设计者的想象力。正如电容触摸屏迎来了用户界面新时代一样，非接触式手势识别技术也将同样改变终端用户与电子产品之间的交互。3发光二极管接近传感器方案是非常适合作为这些系统中的非接触式手势识别方案的。

非接触式的好处包括健康、安全和方便

非接触式接口，有一个严峻的挑战是为什么他们应该完全实现？为什么它们工作时不需要触摸按键和触摸屏？红外系统不会取代现存的系统，它们是要增强用户体验。集成度和小型化的提高正改变着用户使用电子产品的方式。不再是退居家庭学习和办公室桌面使用的“电脑”。而今人们在任何地方外出旅行，都可以使用他们的智能手机，个人媒体播放器，电子书和平板电脑。

咖啡店，餐厅，健身房，公交车站，码头，甚至厕所都是合理的使用这些新一代嵌入式电子产品的场所。各种不同的操作环境中，用户手有时候被占用、脏的、有汗或者拿着食物——所有不利于操作触摸屏的情况。如果用户正在健身房的跑步机上阅读电子书，想翻页，以非接触式手势划过设备比身体接触触摸屏或点击小按钮来实现翻页更容易。

不用看设备就能控制它具有额外的好处。例如，一个非接触接口可以让汽车司机安全的开始/结束通话，或者非接触手划调节音量而不需要浏览复杂的仪表找控制按钮。并不是所有的设备都有或需要复杂的触摸屏图形显示。为这些设备添加非接触式接口能提供一个创新和差异化的操作方式。

多发光二极管接近系统被用来改变系统的操作方式，其原理是基于用户的接近来操作。以机顶盒或空调控制面板显示为例，能够保持待机直到系统检测到用户在一定的距离之内，从而节省电能。电视机也能基于手势输入打开或关闭。公共场所的小型视频广告牌可以根据人的远近改变消息内容，然后使用非接触式手势输入与潜在客户互动，这比用触摸屏更卫生的方法来显示公开广告。如此“环保”的电器能使终端产品更智能，同时也更节能。

将多个发光二极管接近传感器于主机MCU结合，如硅实验室的电容触摸感应微控制器，使用电容触摸和红外非接触技术开启灵活的用户界面。主触摸感应微控制器提供必要的功耗计算来阐释红外传感器输出，并有助于调整时序和非接触手势的灵敏度。为了低功耗，根据环境光强不同，微控制器还可以协助传感器，在运行时配置以优化操作。以图2为例，非接触应用将接近传感器于电容触摸感应微控制器组合应用。

图2.基于接近传感器和触摸感应微控制器的非接触接口应用

随着更先进的，支持2到3个发光二极管的接近传感器芯片的出现，嵌入式开发者将可以实现新的非接触手势接口应用，这将有助于使电子产品更容易、更安全、更卫生也更愉悦的使用。这一天很快就会到来，即使是最普通的家电，手持设备，计算平台和工业界面都可以被手势激活和控制。

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全部评论（3）

力挽狂澜 Lv5. 技术专家 2017-12-29

学习一下
电工电器 Lv7. 资深专家 2017-10-12

学习了，谢谢提供！
鄗立恒 Lv8. 研究员 2017-09-08

学习了确实是趋势

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