Ce dispositif émet des impulsions de lumière infrarouge dans l'espace et analyse les données de lumière réfléchie grâce à un capteur. Un objet en mouvement (comme une main) dans cet espace réfléchit la lumière infrarouge vers les capteurs. Le dispositif détecte alors cette lumière et génère une réponse en fonction de la position de l'objet.

La portée typique de détection gestuelle est de 20 cm et la fréquence d'échantillonnage peut atteindre 512 échantillons par seconde, ce qui permet d'ajuster le temps de réponse et la réduction du bruit en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Figure 1. Schéma fonctionnel du circuit

Le système remplit trois fonctions de base :

> Détecter le début et la fin d'un geste.
> Suivre les mouvements de la main pendant le geste.
> Identifier le geste à partir des mouvements de la main.

Capteur d'angle de lumière infrarouge

Le cœur du circuit est le capteur d'angle infrarouge ADPD2140. Ce dispositif effectue des mesures monopoint sur deux axes des angles d'incidence de la lumière infrarouge. Plusieurs capteurs peuvent être utilisés pour la triangulation des distances. L'ADPD2140 est composé de quatre canaux de photodiodes à cathode commune.
Il intègre un filtre optique à coupure nette de la lumière visible, ce qui élimine le besoin de lentilles externes et préserve la plage dynamique du capteur, même en plein soleil ou sous un éclairage intérieur. Lors du choix d'une source de lumière infrarouge pour ce montage, il est important d'opter pour une source fonctionnant à une longueur d'onde supérieure à 800 nm afin que la lumière puisse traverser le filtre optique interne de l'ADPD2140. La source lumineuse doit également être positionnée à une distance du capteur telle que la lumière réfléchie se situe dans le champ de vision de ±35°. Dans ce montage de référence, un émetteur infrarouge de 850 nm sert de source lumineuse et est positionné à 6 mm du premier ADPD2140 et à 19 mm du second, comme illustré sur la figure 2.

Figure 2. Emplacement de l'ADPD2140 + LED

Front photométrique

Dans le circuit, le panneau avant photométrique est l'ADPD1080. Il s'agit d'un dispositif hautement intégré qui comprend des pilotes de LED, des amplificateurs de transimpédance, des intégrateurs, un convertisseur analogique-numérique (CAN), un traitement numérique du signal et une interface I2C.

Le circuit ADPD1080 génère des impulsions pour la LED infrarouge, détecte la réponse de l'ADPD2140, convertit les photocourants analogiques en signaux numériques et transmet les données à un microcontrôleur externe via I2C. Grâce à ses huit canaux d'entrée parallèles hautes performances pour photodiodes et à sa conception compacte, l'ADPD1080, associé à l'ADPD2140, permet de créer une solution discrète et économique pour la détection d'angle d'incidence par impulsions LED synchronisées.
Le circuit utilise deux capteurs de lumière infrarouge ADPD2140 connectés à l'ADPD1080, facilitant ainsi la détection de gestes et de distance. La figure 3 présente un schéma fonctionnel simplifié d'un canal de mesure typique.

Figure 3. Canal de mesure typique

L'ADPD1080 possède trois pilotes de LED (LEDX1, LEDX2 et LEDX3) qui peuvent être utilisés pour alimenter des LED externes.

Pendant une période d'échantillonnage, la LED est activée par impulsions et les étages d'amplification de transimpédance convertissent les courants de la photodiode en tensions. Ces tensions de sortie sont ensuite intégrées dans une fenêtre programmée pour l'intervalle de temps.

La LED s'éteint ensuite et est intégrée en polarité inverse pendant la même durée, après quoi le CAN numérise le signal de sortie de l'intégrateur. Cette séquence d'échantillonnage synchrone élimine la lumière ambiante, la mesure reposant uniquement sur la lumière réfléchie par la LED.
Le chemin de mesure de l'ADPD1080 est hautement configurable ; le gain de transimpédance, la compensation du temps d'intégration, le moyennage et d'autres paramètres peuvent être ajustés en fonction de l'application finale.

Régulation de puissance et décalage de niveau

Le LT1761 est un régulateur de puissance à faible bruit et faible chute de tension, offrant une large plage de tensions d'entrée de 1,8 V à 20 V et un courant de sortie maximal de 100 mA. La version fixe à 1,8 V nécessite des condensateurs d'entrée, de sortie et de réduction du bruit.
L'ADPD1080 utilisant une logique 1,8 V pour ses lignes numériques, une fonction d'adaptation de niveau est intégrée afin d'assurer la compatibilité avec les cartes pilotes fonctionnant en logique 3,3 V. Pour le bus I2C de l'ADPD1080, les lignes de données et d'horloge sont acheminées via un LTC4313-3, un tampon de bus bidirectionnel à deux fils, remplaçable à chaud, qui prend également en charge l'adaptation de niveau à 1,8 V. La figure 4 illustre la configuration de connexion des lignes de données et d'horloge du bus I2C de l'ADPD1080 au LTC4313-3.

Figure 4. Schéma de connexion du LTC4313-3

De même, pour la broche GPIO0 de l'ADPD1080, la ligne de données passe par un convertisseur de niveau ADG3301 à canal unique.

Référence

Note de circuit CN-0569 : Module de reconnaissance gestuelle infrarouge, Analog Devices, Inc., mai 2022.
Traduction et adaptation : Diego de Azcuénaga, ingénieur en électronique. Facebook : diego.deazcuenaga