Данная конструкция передает импульсы инфракрасного света в пространство и считывает данные об отраженном свете, полученные датчиком освещенности. Движущийся объект (например, рука) в этом пространстве отражает инфракрасный свет на датчики освещенности. Затем конструкция обнаруживает этот свет и генерирует ответ в зависимости от положения объекта.
Типичный диапазон распознавания жестов составляет до 20 см, а частота дискретизации — до 512 выборок в секунду, что позволяет регулировать время отклика и подавление шума в соответствии с конкретными требованиями приложения.
Рисунок 1. Блок-схема цепи
Система выполняет три основные функции:
> Определение начала и конца жеста.
> Отслеживание движений руки во время жеста.
> Идентификация жеста на основе движений руки.
Инфракрасный датчик угла освещения
В основе схемы лежит инфракрасный датчик угла ADPD2140. Это устройство выполняет двухкоординатные измерения углов падения инфракрасного света в одной точке. Для триангуляции расстояний можно использовать несколько таких устройств. ADPD2140 разделен на четыре канала фотодиодов с общим катодным выводом. ADPD2140
включает в себя встроенный оптический фильтр с резким отсечением видимого света, что исключает необходимость использования внешних линз и сохраняет динамический диапазон датчика при размещении под солнечным светом или при комнатном освещении. При выборе источника инфракрасного света для этой конструкции важно выбрать такой, который работает на длине волны выше 800 нм, чтобы свет мог проходить через внутренний оптический фильтр ADPD2140. Источник света также должен быть расположен на таком расстоянии от датчика, чтобы отраженный свет попадал в поле зрения +/-35°. В данной эталонной конструкции в качестве источника света используется инфракрасный излучатель с длиной волны 850 нм, расположенный на расстоянии 6 мм от первого ADPD2140 и 19 мм от второго, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Расположение ADPD2140 + светодиод
Фотометрический фронт
На схеме в качестве фотометрической передней панели используется ADPD1080. Это высокоинтегрированное устройство, включающее в себя драйверы светодиодов, трансимпедансные усилители, интеграторы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровую обработку сигналов и интерфейс I2C.
Микросхема ADPD1080 отвечает за импульсную генерацию сигнала инфракрасного светодиода, считывание реакции микросхемы ADPD2140, преобразование аналоговых фототоков в цифровые коды и передачу данных на внешний микроконтроллер по интерфейсу I2C. Благодаря восьми высокопроизводительным параллельным каналам ввода фотодиодов и компактной конструкции, ADPD1080 может использоваться с ADPD2140 для создания дискретного, недорогого решения для определения угла освещения с помощью синхронизированных импульсов светодиодов.
Схема использует два инфракрасных датчика освещенности ADPD2140, подключенных к ADPD1080, что обеспечивает обнаружение жестов и расстояния. На рисунке 3 показана упрощенная блок-схема типичного измерительного канала.
Рисунок 3. Типичный измерительный канал
Микросхема ADPD1080 имеет три драйвера светодиодов (LEDX1, LEDX2 и LEDX3), которые можно использовать для питания внешних светодиодов.
В течение периода выборки светодиод импульсно подсвечивается, а каскады трансимпедансного усилителя преобразуют токи фотодиода в напряжения. Затем эти выходные напряжения интегрируются в окне, запрограммированном на заданный временной интервал.
Затем светодиод выключается и интегрируется в противоположном направлении в течение того же периода времени, после чего АЦП оцифровывает выходной сигнал интегратора. Эта синхронная последовательность выборки исключает влияние окружающего света, поскольку измерение основано исключительно на свете, отраженном светодиодом.
Измерительный тракт ADPD1080 обладает широкими возможностями настройки; коэффициент усиления по трансимпедансу, компенсация времени интегрирования, усреднение и другие параметры могут быть отрегулированы в соответствии с конечным применением.
Регулирование мощности и сдвиг уровня
LT1761 — это малошумящий микрорегулятор напряжения с низким падением напряжения, работающий в широком диапазоне входного напряжения от 1,8 В до 20 В и имеющий максимальный выходной ток 100 мА. Вариант с фиксированным напряжением 1,8 В требует использования входных, выходных и шумоподавляющих конденсаторов.
Поскольку ADPD1080 использует логику 1,8 В для своих цифровых линий, в эту схему включена функция сдвига уровня для обеспечения совместимости с платами драйверов, работающими с логикой 3,3 В. Для шины I2C ADPD1080 линии данных и тактовой частоты проходят через LTC4313-3 — двухпроводной двунаправленный буфер шины с возможностью горячей замены, который также поддерживает сдвиг уровня до 1,8 В. На рисунке 4 показана конфигурация подключения линий данных и тактовой частоты шины I2C ADPD1080 к LTC4313-3.
Рисунок 4. Схема подключения LTC4313-3
Аналогичным образом, для вывода GPIO0 микросхемы ADPD1080 линия данных проходит через одноканальный преобразователь уровней ADG3301.
Ссылка
«Техническая документация CN-0569: модуль распознавания инфракрасных жестов», Analog Devices, Inc., май 2022 г.
Перевод и адаптация: Диего де Аскуэнага, инженер-электронщик. Facebook: diego.deazcuenaga
