紅外線接近感應(yīng)人機(jī)界面設(shè)計要素

傳統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計依靠機(jī)械式按鍵為用戶提供系統(tǒng)輸入功能，然而，隨著智能手機(jī)、便攜式游戲機(jī)、個人導(dǎo)航以及其他設(shè)備的日益普及，更有潛力的、更具吸引力的用戶界面方式開始被采用，這就是具備接近感應(yīng)能力的觸摸屏。

觸摸屏是一類能夠檢測觸摸存在和位置的顯示設(shè)備，它們可以讓用戶通過設(shè)備屏幕直接與設(shè)備交互。今天，許多微控制器集成了相應(yīng)的嵌入式電路，使其能夠用于觸摸屏控制。微控制器可用于設(shè)定門限，提供最小化誤觸發(fā)的噪聲消除，實(shí)現(xiàn)支持多種不同類型觸摸輸入的主機(jī)固件。

為了進(jìn)一步改善人機(jī)界面的表現(xiàn)能力，設(shè)計師能夠為其添加接近傳感器。單一接近傳感器可用于檢測物體的存在與否，如手或者用戶身體。這種功能在許多應(yīng)用中非常有用。例如，計算機(jī)顯示器能夠使用嵌入式接近檢測器感應(yīng)用戶的存在，當(dāng)檢測到用戶不在時，它可以關(guān)閉屏幕，以節(jié)省電力；當(dāng)感應(yīng)到用戶返回時，它又重新點(diǎn)亮屏幕。

另一種迅速流行的人機(jī)界面技術(shù)是運(yùn)動檢測，這種運(yùn)動感知能力是指系統(tǒng)有識別物體移動以便執(zhí)行特定功能的能力。例如，手機(jī)應(yīng)用程序可能會允許用戶通過晃動一下手機(jī)來進(jìn)行文件翻頁?？梢蕴砑恿硪粋€接近傳感器到設(shè)計中，使得設(shè)備具有一維空間運(yùn)動檢測的能力。通過定制固件，兩個接近傳感器與微處理器緊密配合，不僅能提供運(yùn)動檢測能力，還能檢測出運(yùn)動的方向。

要理解動作感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)，需要了解紅外線(IR)與可見光的差異，探討接近和運(yùn)動感應(yīng)系統(tǒng)如何在單一LED下運(yùn)行，以及系統(tǒng)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？

紅外（IR）輻射光的波長為750nm～0.1m。其與可見光有著相同的特性，如反射率，而且它可以通過特殊燈泡或發(fā)光二極管生成。因為人眼無法看到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)，如接近檢測，這樣就無須用戶與系統(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)果做出反應(yīng)，其應(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。其他接近感應(yīng)系統(tǒng)的例子還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。在高級汽車上，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)計的IR LED實(shí)現(xiàn)。與IR LED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)IR LED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的距離成反比關(guān)系。

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，但這僅僅是一維空間檢測。假設(shè)一個系統(tǒng)，其布局如圖1所示，單一LED系統(tǒng)僅使用LED1與IR傳感器?，F(xiàn)在，做三個不同方向的運(yùn)動來進(jìn)行檢測。三個方向的運(yùn)動包括沿圖1X軸從左到右的滑動，沿Y軸從底部到頂部的滑動，以及垂直于圖1由遠(yuǎn)及近，然后由近及遠(yuǎn)的往復(fù)運(yùn)動。

圖1 空間動作檢測系統(tǒng)

圖2是三個動作過程中，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軸是時間。圖2表明，單一LED系統(tǒng)不能區(qū)分這些手勢，其只能檢測到物體正在接近或遠(yuǎn)離傳感器，而不能判別方向。