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　　過去10年間，人機(jī)互動(dòng)技術(shù)發(fā)生顯著的變化，促使使用介面與智慧化設(shè)計(jì)不斷提升。這些變化中主要聚焦于高精確度、低功耗電容式觸控螢?zāi)�，尤其在手機(jī)市場(chǎng)更為顯著。隨著人機(jī)介面技術(shù)與設(shè)計(jì)的進(jìn)步，紅外線近接感測(cè)器正引領(lǐng)下一代非接觸式手勢(shì)識(shí)別操作介面。  

　　傳統(tǒng)的紅外線近接感測(cè)系統(tǒng)是由老式光電偵測(cè)器和光遮斷器組成，其回饋反應(yīng)來自于移動(dòng)或中斷而觸發(fā)，這些近接感測(cè)解決方案廣泛應(yīng)用于自動(dòng)門控制和廁所的沖洗系統(tǒng)，然這些應(yīng)用也受感測(cè)器尺寸、功耗和可配置性的限制。更先進(jìn)的主動(dòng)式近接感測(cè)器為消費(fèi)性電子和工業(yè)產(chǎn)品帶來耳目一新的特性和體驗(yàn)，新一代紅外線感測(cè)器產(chǎn)品問世，不僅體積更小、功耗更低，且可驅(qū)動(dòng)多個(gè)紅外線發(fā)光二極體(LED)，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)多維手勢(shì)感測(cè)功能。  

　　單LED受局限　多LED系統(tǒng)為大勢(shì)所趨

　　采用單LED驅(qū)動(dòng)器的近接感測(cè)器已運(yùn)用于手機(jī)觸控螢?zāi)欢嗄�，在近接感測(cè)器市占亦最大，但其使用并非毫無問題，如雖然運(yùn)用近接感測(cè)器在手機(jī)通話過程中常關(guān)閉觸控螢?zāi)�，以消除臉頰的意外接觸，但若進(jìn)行網(wǎng)路搜尋會(huì)發(fā)現(xiàn)許多終端用戶對(duì)手機(jī)中近接感測(cè)器的表現(xiàn)并不滿意。意外的通話中靜音、啟用電話會(huì)議和掛斷電話，往往都是由于近接感測(cè)器操作失誤引發(fā)。  

　　為何看似簡單的近接感測(cè)系統(tǒng)故障率如此頻繁呢？答案在于感測(cè)器的設(shè)計(jì)和配置，以及伴隨的機(jī)械原理。許多紅外線近接感測(cè)器只不過是：基于接收的訊號(hào)來輸出原始資料的最基本感應(yīng)器。這些感測(cè)器沒有內(nèi)建智慧功能來幫助區(qū)分系統(tǒng)雜訊和實(shí)際訊號(hào)，且其很難在高紅外線含量的環(huán)境(如日光或白熾光的室內(nèi))下運(yùn)作。此外，盡管工業(yè)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性日益增強(qiáng)，但這些近接感測(cè)器并不適合覆蓋很暗的外罩，因?yàn)槟菚?huì)限制外部可見光和紅外光線可到達(dá)感測(cè)器的能量，進(jìn)而導(dǎo)致感測(cè)困難，或甚至感測(cè)不到的狀況產(chǎn)生。  

　　最新一代的近接感測(cè)器，已克服傳統(tǒng)近接感測(cè)器運(yùn)行的相關(guān)缺點(diǎn)，可參考進(jìn)階架構(gòu)如圖1所示，具有多個(gè)高靈敏度光電二極體和一個(gè)高精確度類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)，能比其他感測(cè)器花更少時(shí)間(25.6毫秒)測(cè)量打開的紅外線LED。較短的LED開啟時(shí)間使感測(cè)器能對(duì)周圍環(huán)境中的紅外線強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償，并可于實(shí)際近接測(cè)量中，做出更好的識(shí)別。  

圖1 實(shí)現(xiàn)多維非接觸式手勢(shì)識(shí)別介面的近接感測(cè)器

　　快速的測(cè)量同時(shí)也降低總體系統(tǒng)功率。紅外線LED是近接系統(tǒng)中耗電量最大的，最大限度的減少LED開啟時(shí)間，能夠有效降低整體系統(tǒng)功耗。十五級(jí)動(dòng)態(tài)可調(diào)整的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)置，使得LED驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可根據(jù)周圍紅外線條件進(jìn)行調(diào)整，因而節(jié)省能量，并獲得更節(jié)能的設(shè)計(jì)，LED毋須再設(shè)定為最大的耗電配置。高靈敏度的光電二極體也使得感測(cè)器可運(yùn)行于較暗的玻璃后面，如此電子設(shè)備隱藏在操作介面之后，使得工業(yè)設(shè)計(jì)變得更加整潔和更具時(shí)尚感。  

　　雙LED/三LED創(chuàng)意無限

　　雖然單LED感應(yīng)系統(tǒng)正于市場(chǎng)盛行，但未來將會(huì)朝向多LED近接感測(cè)器系統(tǒng)靠攏，進(jìn)而引領(lǐng)獨(dú)特創(chuàng)新的使用介面。雙LED紅外線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)滑動(dòng)和選擇手勢(shì)功能，可使用在諸如電子書閱讀器(E-reader)翻頁功能，家用音響設(shè)備的音量控制和平板裝置螢?zāi)粸g覽。三LED近接感測(cè)系統(tǒng)可用于三維(3D)導(dǎo)航定位和多軸手勢(shì)應(yīng)用，例如圖示或圖片選擇、地圖放大和縮小，甚至游戲控制。其他更令人興奮的雙LED和三LED應(yīng)用取決于設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)意，正如電容式觸控螢?zāi)婚_啟使用介面的新紀(jì)元一樣，非接觸式手勢(shì)識(shí)別技術(shù)亦將改變終端用戶與電子產(chǎn)品的互動(dòng)模式。雙LED和三LED紅外線近接感測(cè)解決方案非常適合作為這些系統(tǒng)的非接觸式手勢(shì)識(shí)別解決方案。  

　　非接觸式突顯健康/安全/便利優(yōu)勢(shì)  

　　若接觸式按鍵和觸控螢?zāi)还ぷ髡＃瑸槭裁匆獙?shí)現(xiàn)非接觸式介面？其實(shí)，紅外線系統(tǒng)不會(huì)取代現(xiàn)有的系統(tǒng)，而是強(qiáng)化其使用體驗(yàn)。日益增加的整合性和小型化正在改變消費(fèi)者使用電子產(chǎn)品方式，現(xiàn)今人們隨身攜帶著智慧型手機(jī)、個(gè)人媒體播放器、電子書閱讀器和平板裝置，電腦已不再僅僅使用于家中或辦公桌。  

　　咖啡館、餐廳、健身房、巴士站、飛機(jī)候機(jī)室，甚至日常生活使用極為頻繁的廁所正成為新一代嵌入式電子產(chǎn)品的使用環(huán)境。在這些不同的操作環(huán)境中，使用者的手有時(shí)會(huì)被占用、臟污、出汗或沾有食物，所有這些條件均不利于觸控螢?zāi)徊僮�。若客戶是在健身房閱讀電子書閱讀器，但是希望能在跑步機(jī)上一邊跑步一邊翻頁，與其使用觸控螢?zāi)换虬粹o，不如使用非接觸式手勢(shì)識(shí)別來翻頁將更為便利，而這也成為近接感測(cè)技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)。  

　　不用目視即可控制設(shè)備有很多好處，如一個(gè)非接觸式介面可以讓汽車司機(jī)使用非接觸式揮手實(shí)現(xiàn)安全的啟動(dòng)/結(jié)束通話或調(diào)整音量，而毋須去找復(fù)雜儀表上的調(diào)整按鈕。并非所有的設(shè)備皆須配備觸控螢?zāi)坏膹?fù)雜圖形顯示，非接觸式使用介面能夠提供新穎和差異化的操作方式。  

　　多LED感應(yīng)系統(tǒng)可以基于用戶是否接近系統(tǒng)而改變系統(tǒng)操作。機(jī)上盒或暖氣/通風(fēng)/空調(diào)(HVAC)控制面板顯示器可保持關(guān)閉，直至系統(tǒng)檢測(cè)到一定距離內(nèi)的用戶才打開，可有效降低功耗。電視也可運(yùn)用手勢(shì)輸入打開或關(guān)閉，公共場(chǎng)所的小型視訊看板亦可檢測(cè)用戶的距離而改變顯示內(nèi)容，可透過手勢(shì)輸入與潛在客戶交流，此為一種比采用觸控螢?zāi)桓l(wèi)生的方法。這種環(huán)境感測(cè)電子產(chǎn)品能使終端產(chǎn)品更智慧，同時(shí)亦更省電。  

　　結(jié)合多LED近接感測(cè)器和主微控制器(MCU)的設(shè)計(jì)打開靈活使用電容式觸控和紅外線非接觸式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶介面的大門。觸控感應(yīng)MCU提供必要的運(yùn)算能力去解讀紅外線感測(cè)器的輸出，幫助調(diào)整非接觸式手勢(shì)的時(shí)序和靈敏度。MCU亦可用于感測(cè)器的即時(shí)配置，基于環(huán)境光強(qiáng)度優(yōu)化低功耗操作。圖2是一個(gè)非接觸式應(yīng)用范例，包括近接感測(cè)器和電容式觸控感應(yīng)MCU。  

圖2 基于近接感測(cè)器和觸控感應(yīng)MCU的非接觸式人機(jī)介面應(yīng)用

　　隨著更多支援雙LED或三LED的先進(jìn)近接感測(cè)器晶片問世，嵌入式開發(fā)人員能開發(fā)出新型非接觸式手勢(shì)介面應(yīng)用，并使得電子產(chǎn)品更安全衛(wèi)生，更易于使用和更有趣。這樣即使是最普通的家用電器、可攜式設(shè)備、運(yùn)算平臺(tái)和工業(yè)介面也能夠透過手勢(shì)來開啟和控制，而這一天即將到來！