利用紅外線傳感器實(shí)現(xiàn)接近感應(yīng)應(yīng)用[圖]

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(lái)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。
    要理解動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，需要了解紅外線(IR)與可見(jiàn)光的差異，探討接近和動(dòng)作感應(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。

當(dāng)我們談及“光”時(shí)，通常指的是來(lái)自太陽(yáng)或燈具的可見(jiàn)光，然而，可見(jiàn)光僅占光譜范圍中的一小部分。我們把可見(jiàn)光定義為人眼可以識(shí)別的所有光線，通常人眼可以識(shí)別的光線波長(zhǎng)為380-750nm。那么，人眼無(wú)法識(shí)別的非可見(jiàn)光（如波長(zhǎng)為850 nm 光）又如何呢？

IR 輻射光的波長(zhǎng)為750nm-1000μm，IR 光與可見(jiàn)光有著相同的特性，例如反射率，而且它可以通過(guò)特殊燈泡或發(fā)光二極管生成。因?yàn)槿搜蹮o(wú)法看到IR 光，所以我們可以用它來(lái)完成一些特殊的人機(jī)界面任務(wù)，例如接近檢測(cè)，而無(wú)需用戶與系統(tǒng)進(jìn)行任何直接接觸。

IR 接近傳感系統(tǒng)能夠檢測(cè)附近物體的存在，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出反應(yīng)。IR 接近檢測(cè)的應(yīng)用無(wú)處不在。 例如，手機(jī)可以使用接近傳感技術(shù)檢測(cè)通話時(shí)手機(jī)是否接近面部。當(dāng)你把手機(jī)靠近耳邊時(shí)，手機(jī)將檢測(cè) 到頭的存在，從而自動(dòng)關(guān)閉屏幕以節(jié)省電能。其他接近感應(yīng)系統(tǒng)的例子包括皂液器和飲水機(jī)，你可以把 手放在傳感器附近（通常在皂液管或水龍頭附近），以“非接觸”而又衛(wèi)生的方式獲取皂液或水。

在高端 汽車上，外部防碰撞系統(tǒng)也使用接近檢測(cè)，當(dāng)汽車與其他汽車或者物體太靠近時(shí)，接近檢測(cè)會(huì)提醒司機(jī) 注意。有些車輛還可以使用車內(nèi)接近感應(yīng)系統(tǒng)檢測(cè)乘客的存在，從而調(diào)整安全裝置（如安全氣囊）。 接近檢測(cè)通過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的IR LED 實(shí)現(xiàn)。與IR LED 相對(duì)應(yīng)的是光電二極管，它一般用來(lái)檢測(cè)LED 發(fā)出 的IR 光。當(dāng)IR LED 和光電二極管同方向放置時(shí)，光電二極管將不會(huì)檢測(cè)到任何IR 光，除非有物體在 LED 的前面，將光反射回光電二極管。反射回光電二極管的光強(qiáng)與物體到光電二極管的距離逆向相 關(guān)。

圖 1：一維空間動(dòng)作檢測(cè)

單一 LED 和光電二極管相結(jié)合可以檢測(cè)一些動(dòng)作，例如可以檢測(cè)物體是否靠近或遠(yuǎn)離光電二極管，這 僅僅是一維空間檢測(cè)。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，其布局如圖1 所示，單一LED 系統(tǒng)僅使用LED1 與IR 傳感器。 圖2 是三個(gè)手勢(shì)動(dòng)作過(guò)程中Silicon Labs Si1120 傳感器感應(yīng)IR LED 后的輸出值，其中Y 軸是反射的 IR 光強(qiáng)，X 軸是時(shí)間。三個(gè)手勢(shì)包括沿圖1 X 軸從左到右的滑動(dòng)，沿Y 軸從底部到頂部的滑動(dòng)，以及 沿Z 軸由遠(yuǎn)及近，然后由近及遠(yuǎn)的往復(fù)動(dòng)作。圖2 表明，單一LED 系統(tǒng)不能區(qū)分這些手勢(shì)，使用單一 LED，系統(tǒng)只能檢測(cè)到物體正在接近或遠(yuǎn)離傳感器，而不能判別其方向。

圖 2：?jiǎn)我籐ED 系統(tǒng)性能分析

二維空間檢測(cè)由位于不同位置的兩個(gè)LED 和單個(gè)光電二極管組成。從LED1 得到一個(gè)測(cè)量值，然后快 速?gòu)腖ED2 獲得另一個(gè)測(cè)量值，兩個(gè)測(cè)量值被用于計(jì)算二維空間上的物體位置。其中一維空間是接近 LED1（左）或接近LED2（右），而另一維空間是接近或遠(yuǎn)離光電二極管。圖3 是與圖2 相同的三個(gè) 手勢(shì)，其中白線代表從LED1 中讀出的數(shù)據(jù)，紅線代表從LED2 讀出的數(shù)據(jù)。從左到右滑動(dòng)過(guò)程中，白 線上升，然后是紅線。當(dāng)手從左到右滑動(dòng)時(shí)，LED1 反射IR 光到傳感器，然后是LED2。

圖 3：二維空間中手勢(shì)性能分析