Este projeto emite pulsos de luz infravermelha para o espaço e lê os dados da luz refletida recebida pelo sensor de luz. Um objeto em movimento (como uma mão) neste espaço reflete a luz infravermelha nos sensores de luz. O projeto deteta então essa luz e gera uma resposta com base na posição do objeto.
O alcance típico de deteção de gestos é de até 20 cm e a taxa de amostragem é de até 512 amostras por segundo, permitindo que o tempo de resposta e a rejeição de ruído sejam ajustados para satisfazer os requisitos específicos da aplicação.
Figura 1. Diagrama de blocos do circuito
O sistema desempenha três funções básicas:
> Detetar o início e o fim de um gesto.
> Seguir o movimento da mão durante o gesto.
> Identificar o gesto com base no movimento da mão.
Sensor de ângulo de luz infravermelha
O núcleo do circuito é o sensor de ângulo infravermelho ADPD2140. Este dispositivo realiza medições de ângulos de incidência de luz infravermelha em dois eixos e num único ponto. Vários dispositivos podem ser utilizados para triangulação de distância. O ADPD2140 está dividido em quatro canais de fotodíodos com um terminal de cátodo comum.
O ADPD2140 inclui um filtro ótico integrado com um corte preciso da luz visível, eliminando a necessidade de lentes exteriores e preservando a gama dinâmica do sensor quando exposto à luz solar ou iluminação interior. Ao selecionar uma fonte de luz infravermelha para este projeto, é importante escolher uma que opere num comprimento de onda acima dos 800 nm para que a luz possa passar pelo filtro ótico interno do ADPD2140. A fonte de luz também deve ser posicionada a uma distância do sensor de modo a que a luz refletida se mantenha dentro do campo de visão de +/-35°. Neste projeto de referência, um emissor de infravermelhos de 850 nm serve como fonte de luz e está posicionado a 6 mm do primeiro ADPD2140 e a 19 mm do segundo, como se pode observar na Figura 2.
Figura 2. Posicionamento do ADPD2140 + LED
Frente fotométrica
No circuito, o painel frontal fotométrico é o ADPD1080. Trata-se de um dispositivo altamente integrado que inclui drivers de LED, amplificadores de transimpedância, integradores, um conversor analógico-digital (ADC), processamento de sinal digital e uma interface I2C.
O ADPD1080 é responsável por fazer pulsar o LED infravermelho, detetar a resposta do ADPD2140, converter as fotocorrentes analógicas em códigos digitais e enviar os dados para um microcontrolador externo via I2C. Com oito canais de entrada de fotodíodos paralelos de alto desempenho e um design compacto, o ADPD1080 pode ser utilizado com o ADPD2140 para criar uma solução discreta e de baixo custo para a deteção de ângulos de luz utilizando impulsos de LED sincronizados.
O circuito utiliza dois sensores de luz infravermelha ADPD2140 ligados ao ADPD1080, facilitando a deteção de gestos e de distância. A Figura 3 mostra um diagrama de blocos simplificado de um canal de medição típico.
Figura 3. Canal de medição típico
O ADPD1080 possui três drivers LED (LEDX1, LEDX2 e LEDX3) que podem ser utilizados para alimentar LEDs externos.
Durante um período de amostragem, o LED é pulsado e os estágios do amplificador de transimpedância convertem as correntes do fotodíodo em tensões. Estas tensões de saída são depois integradas dentro de uma janela programada para o intervalo de tempo.
O LED apaga-se então e é integrado na polaridade oposta durante o mesmo período de tempo, após o qual o ADC digitaliza a saída do integrador. Esta sequência de amostragem síncrona rejeita a luz ambiente, uma vez que a medição depende exclusivamente da luz refletida pelo LED.
O percurso de medição do ADPD1080 é altamente configurável; ganho de transimpedância, compensação do tempo de integração, média e outros parâmetros podem ser ajustados para se adequarem à aplicação final.
Regulação de potência e mudança de nível
O LT1761 é um regulador de micropotência de baixo ruído e baixa queda de tensão (LDO) com uma vasta gama de tensão de entrada de 1,8 V a 20 V e uma corrente de saída máxima de 100 mA. A variante fixa de 1,8 V requer condensadores de entrada, saída e redução de ruído.
Uma vez que o ADPD1080 utiliza lógica de 1,8 V para as suas linhas digitais, está incluída uma função de deslocamento de nível neste projeto para garantir a compatibilidade com as placas de driver que operam com lógica de 3,3 V. Para o barramento I2C do ADPD1080, as linhas de dados e de relógio são encaminhadas através de um LTC4313-3, um buffer de barramento bidirecional de dois fios, hot-swappable, que também suporta o deslocamento de nível para 1,8 V. A Figura 4 ilustra a configuração de ligação das linhas de dados e de relógio do barramento I2C do ADPD1080 ao LTC4313-3.
Figura 4. Esquema de ligação do LTC4313-3
Da mesma forma, para o pino GPIO0 do ADPD1080, a linha de dados passa por um conversor de nível ADG3301 de canal único.
Referência
"CN-0569 Nota de Circuito: Módulo de Reconhecimento de Gestos por Infravermelhos", Analog Devices, Inc., maio de 2022.
Tradução e adaptação por Diego de Azcuénaga, Engenheiro Eletrónico. Facebook: diego.deazcuenaga
