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

1、利用紅外線傳感器實(shí)現(xiàn)接近感應(yīng)應(yīng)用在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，接近感應(yīng)作為一種探測用戶身體或手部存在的方法，越來越為人們所接受。該技術(shù)也能夠用于動作感應(yīng)，如檢測用戶手勢。用戶手勢作為一種輸入，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)與可見光的差異，探討接近和動作感應(yīng)系統(tǒng)如何在單一LED下運(yùn)行，以及動作感應(yīng)在使用多個LED進(jìn)行多接近測量時如何工作。當(dāng)我們談及“光”時，通常指的是來自太陽或燈具的可見光，然而，可見光僅占光譜范圍中的一小部分。我們把可見光定義為人眼可以識別的所有光線，通常人眼可以識別的光

2、線波長為380-750nm。那么，人眼無法識別的非可見光(如波長為850nm光)又如何呢？IR輻射光的波長為750nm-1000μm,IR光與可見光有著相同的特性，例如反射率，而且它可以通過特殊燈泡或發(fā)光二極管生成。因?yàn)槿搜蹮o法看到IR光，所以我們可以用它來完成一些特殊的人機(jī)界面任務(wù)，例如接近檢測，而無需用戶與系統(tǒng)進(jìn)行任何直接接觸。IR接近傳感系統(tǒng)能夠檢測附近物體的存在，并根據(jù)檢測結(jié)果做由反應(yīng)。IR接近檢測的應(yīng)用無處不在。例如，手機(jī)可以使用接近傳感技術(shù)檢測通話時手機(jī)是否接近面部。當(dāng)你把手機(jī)靠近耳邊時，手機(jī)將檢測到頭的存在，從而自動關(guān)閉屏幕以節(jié)省電能。具他接近感應(yīng)系統(tǒng)的例子包括

3、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，當(dāng)汽車與其他汽車或者物體太靠近時，接近檢測會提醒司機(jī)注意。有些車輛還可以使用車內(nèi)接近感應(yīng)系統(tǒng)檢測乘客的存在，從而調(diào)整安全裝置（如安全氣囊）。接近檢測通過專門設(shè)計(jì)的IRLED實(shí)現(xiàn)。與IRLED相對應(yīng)的是光電二極管，它一般用來檢測LED發(fā)出的IR光。當(dāng)IRLED和光電二極管同方向放置時，光電二極管將不會檢測到任何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

4、的距離逆向相關(guān)。圖1:一維空間動作檢測單一LED和光電二極管相結(jié)合可以檢測一些動作，例如可以檢測物體是否靠近或遠(yuǎn)離光電二極管，這僅僅是一維空間檢測。假設(shè)一個系統(tǒng)，具布局如圖1所示，單一LED系統(tǒng)僅使用LED1與IR傳感器。圖2是三個手勢動作過程中SiliconLabsSi1120傳感器感應(yīng)IRLED后的輸由值，其中Y軸是反射的IR光強(qiáng)，X軸是時間。三個手勢包括沿圖1X軸從左到右的滑動，沿Y軸從底部到頂部的滑動，以及沿Z軸由遠(yuǎn)及近，然后由近及遠(yuǎn)的往復(fù)動作。圖2表明，單一LED系統(tǒng)不能區(qū)分這些手勢，使用單一LED,系統(tǒng)只能檢測到物體正在接近或遠(yuǎn)離傳感器，而不能判別其方向。圖2:單一LED系統(tǒng)性能分

5、析二維空間檢測由位于不同位置的兩個LED和單個光電二極管組成。從LED1得到一個測量值，然后快速從LED2獲得另一個測量值，兩個測量值被用于計(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相同的三個手勢，其中白線代表從LED1中讀生的數(shù)據(jù)，紅線代表從LED2讀由的數(shù)據(jù)。從左到右滑動過程中，白線上升，然后是紅線。當(dāng)手從左到右滑動時，LED1反射IR光到傳感器，然后是LED2。圖3:二維空間中手勢性能分析三維空間動作檢測由三個LED和單個光電二極管組成。LED3與LED1、LED2不在同一直線上，如圖1所示，可以把LE

6、D1和LED2之間的連線看作X軸，LED1和LED3之間的連線看作Y軸，從光電二極管和LED到被測物體之間的連線看作Z軸。圖4顯示了與圖2和圖3相同的測量過程，其中藍(lán)線代表LED3的測量數(shù)據(jù)。當(dāng)手從左向右滑動時，因?yàn)槭衷贚ED1和LED3上同時通過，LED1和LED3數(shù)據(jù)線同時上升，然后是LED2數(shù)據(jù)線。當(dāng)手從底部向頂部滑動時，因?yàn)槭窒扔龅絹碜訪ED3的IR光，LED3數(shù)據(jù)線上升，然后是LED1和LED2o當(dāng)往復(fù)動作時，因?yàn)槭衷谡麄€過程中都反射等量的LED光，三個LED測量值是相同的。圖4:加入LED3后，三維空間中動作性能分析當(dāng)IRLED和IR傳感器應(yīng)用于產(chǎn)品時，這些組件通常不會用作裝飾目的

7、而放在外面，終端產(chǎn)品至少需要一個開口或透明窗口，讓IR光透過。IRLED從窗口中照射由，被外部物體反射后，通過窗口進(jìn)入Si1120傳感器。單一窗口配置的主要缺點(diǎn)是：窗口將導(dǎo)致一些光線被內(nèi)反射到Si1120,即使在檢測范圍內(nèi)沒有外部物體時，大量反射光也可能導(dǎo)致傳感器輸出。雙窗口設(shè)計(jì)使用其中一個窗口用于IRLED,另一個窗口用于傳感器。通過在LED和傳感器之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x，設(shè)計(jì)消除了內(nèi)部反射的問題，為系統(tǒng)提供更好的敏感性和檢測范圍。對于IR接近感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，選擇何種IRLED是一項(xiàng)非常重要的決定。IRLED視角對最大檢測距離和范圍有很大影響。從LED射由的IR光形成一個圓錐狀，圓錐頂角（大多

8、數(shù)LED能量從這里輸出）被稱為LED視角。圖5:窄視角和寬視角IRLED的差異所有的LED都有一個特定的視角，一個窄視角LED意味著發(fā)生的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IRLED將在窄檢測區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測范圍，圖5說明了窄視角和寬視角IRLED的差異。當(dāng)設(shè)計(jì)IR系統(tǒng)時，系統(tǒng)中被測物體的特點(diǎn)也是需要重點(diǎn)考慮的。除了用于檢測手勢，IR接近感應(yīng)系統(tǒng)也能被用于檢測無生命物體，如車庫門（打開或關(guān)閉）。檢測較大物體時，由于有更多的IR光被反射，檢測距離將更遠(yuǎn)。物體的顏色是另一個需要考慮的因素，因?yàn)镮R光與可見光有相同特性，淺色物體比深色物體反射更多光線。物體的顏色越深，越要接近IR系統(tǒng)，因?yàn)閮H有來自IRLED