利用紅外線傳感器實現接近感應應用

2020-11-24 電子產品世界

在消費電子產品中，接近感應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。該技術也能夠用於動作感應，如檢測用戶手勢。用戶手勢作為一種輸入，可以應用於許多設備，如手機、計算機和其他家用電子產品。

要理解動作感應系統設計的理論基礎，需要了解紅外線(IR)與可見光的差異，探討接近和動作感應系統如何在單一LED 下運行，以及動作感應在使用多個LED 進行多接近測量時如何工作。

當我們談及「光」時，通常指的是來自太陽或燈具的可見光，然而，可見光僅佔光譜範圍中的一小部分。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。那麼，人眼無法識別的非可見光（如波長為850 nm 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光二極體生成。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界面任務，例如接近檢測，而無需用戶與系統進行任何直接接觸。

IR 接近傳感系統能夠檢測附近物體的存在，並根據檢測結果做出反應。IR 接近檢測的應用無處不在。 例如，手機可以使用接近傳感技術檢測通話時手機是否接近面部。當你把手機靠近耳邊時，手機將檢測 到頭的存在，從而自動關閉屏幕以節省電能。其他接近感應系統的例子包括皂液器和飲水機，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」而又衛生的方式獲取皂液或水。

在高端 汽車上，外部防碰撞系統也使用接近檢測，當汽車與其他汽車或者物體太靠近時，接近檢測會提醒司機 注意。有些車輛還可以使用車內接近感應系統檢測乘客的存在，從而調整安全裝置（如安全氣囊）。 接近檢測通過專門設計的IR LED 實現。與IR LED 相對應的是光電二極體，它一般用來檢測LED 發出 的IR 光。當IR LED 和光電二極體同方向放置時，光電二極體將不會檢測到任何IR 光，除非有物體在 LED 的前面，將光反射回光電二極體。反射回光電二極體的光強與物體到光電二極體的距離逆向相 關。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/163170.htm

圖 1：一維空間動作檢測

單一 LED 和光電二極體相結合可以檢測一些動作，例如可以檢測物體是否靠近或遠離光電二極體，這 僅僅是一維空間檢測。假設一個系統，其布局如圖1 所示，單一LED 系統僅使用LED1 與IR 傳感器。 圖2 是三個手勢動作過程中Silicon Labs Si1120 傳感器感應IR LED 後的輸出值，其中Y 軸是反射的 IR 光強，X 軸是時間。三個手勢包括沿圖1 X 軸從左到右的滑動，沿Y 軸從底部到頂部的滑動，以及 沿Z 軸由遠及近，然後由近及遠的往復動作。圖2 表明，單一LED 系統不能區分這些手勢，使用單一 LED，系統只能檢測到物體正在接近或遠離傳感器，而不能判別其方向。

圖 2：單一LED 系統性能分析

二維空間檢測由位於不同位置的兩個LED 和單個光電二極體組成。從LED1 得到一個測量值，然後快 速從LED2 獲得另一個測量值，兩個測量值被用於計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離光電二極體。圖3 是與圖2 相同的三個 手勢，其中白線代表從LED1 中讀出的數據，紅線代表從LED2 讀出的數據。從左到右滑動過程中，白 線上升，然後是紅線。當手從左到右滑動時，LED1 反射IR 光到傳感器，然後是LED2。

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