物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備不僅詮釋了最新通信技術(shù)和云連接，同時(shí)還重新定義了像電燈開關(guān)這樣問(wèn)世已逾百年的老產(chǎn)品。有了IoT，研發(fā)人員往往可以為產(chǎn)品增添遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出幾年前所能想象的額外的新功能。例如，現(xiàn)在只要一個(gè)電燈開關(guān)就可以在準(zhǔn)備睡覺(jué)時(shí)關(guān)掉家里所有的燈，調(diào)節(jié)家里任意一盞燈的燈光顏色和亮度，設(shè)置照明方案的自動(dòng)執(zhí)行順序以及無(wú)論是否在家都可通過(guò)智能手機(jī)對(duì)這一切進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。然而，IoT設(shè)備同時(shí)還是嵌入式產(chǎn)品，也就是說(shuō)用戶無(wú)需事先閱讀使用手冊(cè)就可以對(duì)它們進(jìn)行操作和控制。

挑戰(zhàn)和機(jī)遇

由IoT引發(fā)的用戶界面（UI）是為用戶帶來(lái)不少裨益（但不僅限于連接）的一個(gè)關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在客戶對(duì) UI 的期望越來(lái)越高，特別是針對(duì)嵌入式設(shè)備還限定了低功耗、小尺寸和低成本等要求。要迎合用戶期望研發(fā)出具有這些嵌入式需求的時(shí)尚 UI 確實(shí)是一大挑戰(zhàn)，然而應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)也是決定一個(gè)產(chǎn)品成功的關(guān)鍵要素。21 世紀(jì)的電燈開關(guān)會(huì)是什么樣的呢？我們又該如何充分利用IoT，而不僅局限于“連接一切事物”的基本概念呢？

手勢(shì)或有含義的手部動(dòng)作，是人類從起源之初就一直使用的基本交流方法，也是我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｎ覀冎灰蛏蠐]手就“開燈”，簡(jiǎn)單的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)來(lái)“調(diào)亮燈光”。調(diào)暗燈光或關(guān)燈無(wú)需過(guò)多解釋了。基于手勢(shì)的用戶界面是非常直觀的。將手勢(shì)應(yīng)用于控制將會(huì)在消費(fèi)者可用性和工業(yè)設(shè)計(jì)方面帶來(lái)一系列的改進(jìn)，而且這些都可以在項(xiàng)目預(yù)算范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)用電場(chǎng)

Microchip 的 MGC3030/3130 手勢(shì)控制器提供了真正的單芯片手勢(shì)檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)上述功能。這些控制器基于 Microchip GestIC?專利技術(shù)而設(shè)計(jì)，通過(guò)電場(chǎng)來(lái)檢測(cè)人體手部的動(dòng)作（見(jiàn)圖 1 和圖 2）。

圖 1：GestIC?技術(shù)運(yùn)用電場(chǎng)來(lái)檢測(cè)手部動(dòng)作

圖 2：手部動(dòng)作干擾電場(chǎng)時(shí)就能檢測(cè)到手勢(shì)

由于采用了電容式傳感技術(shù)，該系統(tǒng)不需要任何照明，而且這一操作的實(shí)現(xiàn)也不需要透鏡或是開口。例如，利用無(wú)縫集成的手勢(shì)檢測(cè)板，電燈開關(guān)可以有一個(gè)光滑的表面；它甚至可以隱藏在石膏板后面，與房間的室內(nèi)設(shè)計(jì)融為一體而不會(huì)有破損。

這款手勢(shì)控制器完全以嵌入式用途為設(shè)計(jì)宗旨，可對(duì)環(huán)境變化作自動(dòng)校準(zhǔn)，備有片上手勢(shì)檢測(cè)功能。這一技術(shù)無(wú)需主機(jī)計(jì)算，且配有自動(dòng)喚醒/休眠功能。后者不僅是滿足系統(tǒng)低功耗需求的一個(gè)關(guān)鍵因素，而且對(duì)用例而言也是至關(guān)重要的。自動(dòng)喚醒功能提供 7 天 24 小時(shí)全天候的手勢(shì)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了永遠(yuǎn)工作著的用戶界面，迎合了我們對(duì)電燈開關(guān)的期望。當(dāng)你的手一靠近電燈開關(guān)，自動(dòng)喚醒功能就會(huì)被觸發(fā)，在你控制開關(guān)之前提前照亮這一區(qū)域。人們往往是在黑暗中使用電燈開關(guān)的，因此這是一個(gè)非常有用的特性。

用包括印刷電路板（PCB）在內(nèi)的任意導(dǎo)電材料制成電極就能產(chǎn)生電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)傳感功能。內(nèi)置的模擬前端，加上 32 位內(nèi)核中運(yùn)行的固件，可以感應(yīng)到因用戶手部動(dòng)作而產(chǎn)生的任意電場(chǎng)變化并進(jìn)行相關(guān)處理，從而識(shí)別出相應(yīng)手勢(shì)并提供用戶手部的X-Y-Z 坐標(biāo)信息。這個(gè)內(nèi)置的模擬和數(shù)字噪聲濾波功能從根本上保障了手勢(shì)檢測(cè)的可靠性。即使是動(dòng)態(tài)的、不斷變化的環(huán)境也不會(huì)對(duì)該系統(tǒng)造成影響。

該系列的所有控制器產(chǎn)品均通過(guò) I2C 連接至一個(gè)可選主機(jī)。手勢(shì)信息就這樣被傳送到主機(jī)，有了這個(gè)簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖 3），控制器可以快速集成至任意一個(gè)設(shè)備。

圖 3：采用 MGC3030 3D 手勢(shì)控制器的 GestIC?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

此外，它們對(duì)主機(jī)的需求降至最低，手勢(shì)端口還支持無(wú)主機(jī)使用。憑借這個(gè)手勢(shì)端口功能，特定的手勢(shì)可以輕松映射到可配置輸入/輸出接口。這樣，產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中根本無(wú)需進(jìn)行軟件開發(fā)，即可實(shí)現(xiàn)基于手勢(shì)的用戶界面，從而大大加快產(chǎn)品上市。

采用 GestIC 技術(shù)的設(shè)計(jì)工作借助圖形用戶界面（GUI）來(lái)完成，可以定制行為，選擇對(duì)應(yīng)的手勢(shì)，并且將有關(guān)設(shè)置和時(shí)序信息傳遞給應(yīng)用。

Microchip 的手勢(shì)控制器可提供一系列強(qiáng)大的功能，涵蓋了 3D 手勢(shì)以及觸摸和接近檢測(cè)。根據(jù) X-Y-Z 坐標(biāo)信息，可增加實(shí)時(shí)跟蹤自由空間運(yùn)動(dòng)的功能。

圖 4：MGC3030 3D 手勢(shì)控制器

結(jié)論

GestIC 技術(shù)支持多樣化的、強(qiáng)大的手勢(shì)功能。這種 UI 方式的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于各種家庭自動(dòng)化應(yīng)用，包括但不限于室內(nèi)照明、音頻、采暖、空調(diào)、窗戶、百葉窗和防曬系統(tǒng)等用例。而可以檢測(cè)隨意手勢(shì)的功能則成功實(shí)現(xiàn)了接聽(tīng)/拒接電話來(lái)電的操作，有效降低了駕駛員行車時(shí)分心的情況。僅憑一個(gè)簡(jiǎn)單的手部動(dòng)作即可令無(wú)線音箱快進(jìn)播放下一首曲目，而一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作就能調(diào)節(jié)音量高低。當(dāng)人們能選擇以無(wú)需接觸任何物體的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)坐便器沖水操作的時(shí)候，我們才會(huì)知道嵌入式手勢(shì)感應(yīng)的時(shí)代真正到來(lái)了（而目前的沖水感應(yīng)器僅僅只能檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)而非精確的動(dòng)作）。