手持电子设备的手势感应系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电子设备，公开了一种手持电子设备的手势感应系统。本实用新型中，包括传感器组、红外发光二极管、传感选通器、模数转换器和数字信号处理器；传感器组包括光传感器、红外接近传感器和红外手势传感器；红外发光二极管发射红外信号，接近传感器和手势传感器探测红外反射信号；传感选通器的输入端与传感器组连接，输出端与模数转换器连接；传感选通器根据工作模式选通一路传感器的模拟信号，经模数转换器转换后交由数字信号处理器处理。通过传感选通器选择一路传感器，功耗低、操作简单，可实现多种工作模式。根据不同模式的检测结果控制设备的工作状态，能够节省电池、保护视力和防止误操作，使得人机交互更加方便和智能化。
【专利说明】手持电子设备的手势感应系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子设备领域，特别涉及手持电子设备的手势感应系统。
【背景技术】
[0002]随着电子设备技术的发展，手机的功能越来越强大，已成为人们随身携带必不可少的日常用品。这就要求手机的续航时间更长，性能更稳定，交互方式更方便智能。
[0003]通常，提高手机电池的续航时间，延长待机时间，可通过两种方式，一是增加电池电量，二是减少手机耗电量。本领域技术人员都知道，手机的液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，简称“LCD”)是耗电量最多的部件之一，如能减少LCD的耗电量，可有效增加手机待机时间。另外，对于目前带触摸屏的手机所采用的电容触摸屏，在通话时时常会出现脸部、耳部触碰到屏幕而造成误操作。再者，用户时常碰到不能方便地操作触摸屏的情况，这就要求手机能够感应手势动作。面对诸如上述问题，急需改进手机的性能以获得更好的用户体验。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种手持电子设备的手势感应系统，功耗低、操作简单，可实现多种工作模式，并根据不同模式的检测结果控制设备的工作状态，能够起到节省电池、保护视力和防止误操作的效果，不需要触碰到屏幕就能够实现相应的操作，使得人机交互更加方便舒适和智能化。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种手持电子设备的手势感应系统，包括传感器组、红外发光二极管、传感选通器、模数转换器和数字信号处理器；
[0006]传感器组包括光传感器、红外接近传感器和红外手势传感器；
[0007]红外发光二极管发射红外信号，红外接近传感器和红外手势传感器探测反射回来的红外信号；
[0008]传感选通器的输入端与传感器组连接，传感选通器的输出端与模数转换器连接；
[0009]传感选通器根据工作模式选通一路传感器的模拟信号，经模数转换器转换后交由数字信号处理器处理。
[0010]本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:
[0011]本实用新型手持电子设备的手势感应系统内部集成光传感器、红外接近传感器、红外手势传感器和红外发光二极管，并通过传感选通器选择其中一路传感器，功耗低、操作简单，可实现多种工作模式。相应地根据不同模式的检测结果控制设备的工作状态，能够起到节省电池、保护视力和防止误操作的效果，不需要触碰到屏幕就能够实现相应的操作，使得人机交互更加方便舒适和智能化。
[0012]进一步地，通过I2C接口可以设置不同工作模式下的参数，包括光传感模式下光传感器的分辨率、侦测时间，以及接近传感模式、手势传感模式下红外发光二极管的发光时间。[0013]进一步地，控制寄存器存储通过I2C接口传输的数字控制和数据，并提供给所述数字信号处理器进行处理。
[0014]进一步地，红外驱动器可以用于驱动红外发光二极管发射脉冲。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型第一实施方式中一种手持电子设备的手势感应系统的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型第二实施方式中一种手持电子设备的手势感应系统的内部框架图；
[0017]图3是本实用新型第二实施方式中一种手持电子设备的手势感应系统的原理图；
[0018]图4是本实用新型第二实施方式中一种手持电子设备的手势感应系统的封装外形图。
【具体实施方式】
[0019]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0020]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
[0021]本实用新型第一实施方式涉及一种手持电子设备的手势感应系统。图1是该手持电子设备的手势感应系统的结构示意图。
[0022]具体地说，如图1所示，该手持电子设备的手势感应系统包括传感器组、红外发光二极管、传感选通器、模数转换器和数字信号处理器。
[0023]传感器组包括光传感器、红外接近传感器和红外手势传感器。
[0024]红外发光二极管发射红外信号，红外接近传感器和红外手势传感器探测反射回来的红外信号。优选地，还包括红外驱动器，红外驱动器与红外发光二极管连接。
[0025]传感选通器的输入端与传感器组连接，传感选通器的输出端与模数转换器连接。
[0026]传感选通器根据工作模式选通一路传感器的模拟信号，经模数转换器转换后交由数字信号处理器处理。优选地，模数转换器包括参考电压设置部件，参考电压设置部件与模数转换器连接。
[0027]传感选通器则根据工作模式的需要，对内部集成的多种传感器，包括光传感器、红外接近传感器、红外手势传感器进行选通。手持电子设备的手势感应系统相应地具有多种工作模式:待机模式、光传感模式、接近传感模式和手势传感模式。光传感模式下光传感器检测环境中的光线强弱，光照感应灵敏度达0.01至10万勒克斯；接近传感模式下红外接近传感器检测红外反射信号强度，接近距离感应灵敏度达O至10厘米；手势传感模式下，根据红外手势传感器侦测的红外反射信号强度识别出手势动作，手势识别距离可达2至15厘米。
[0028]优选地，本实用新型手持电子设备的手势感应系统还包括I2C接口。手持电子设备的手势感应系统的数字控制和数据传输通过该I2C接口实现。[0029]通过I2C接口可以设置不同工作模式下的参数，包括光传感模式下光传感器的分辨率、侦测时间，以及接近传感模式、手势传感模式下红外发光二极管的发光时间。控制寄存器存储通过I2C接口传输的数字控制和数据，并提供给数字信号处理器进行处理。红外驱动器可以用于驱动红外发光二极管发射脉冲。
[0030]I2C接口的时钟频率为IOOkHz或者400kHz。
[0031]此外，可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，I2C接口的时钟频率也可以根据需要调整为其他频率，而不局限于IOOkHz或者400kHz。
[0032]优选地，本实用新型手持电子设备的手势感应系统还包括控制寄存器，控制寄存器与I2C接口和数字信号处理器连接。
[0033]优选地，本实用新型手持电子设备的手势感应系统还包括中断引脚，手持电子设备的手势感应系统通过中断的方式向系统上报数据。中断引脚可以通过I2C接口设置为边沿触发模式或者电平触发模式。
[0034]此外，可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，也可以通过轮询或者其他方式向系统上报数据，而不仅限于中断的方式。
[0035]优选地，本实用新型手持电子设备的手势感应系统还包括振荡器和上电复位部件。
[0036]振荡器与手持电子设备的手势感应系统中需要提供工作时钟的部件相连接。
[0037]上电复位部件用于手持电子设备的手势感应系统的上电复位。
[0038]本实用新型手持电子设备的手势感应系统内部集成光传感器、红外接近传感器、红外手势传感器和红外发光二极管，并通过传感选通器选择其中一路传感器，功耗低、操作简单，可实现多种工作模式。相应地根据不同模式的检测结果控制设备的工作状态，能够起到节省电池、保护视力和防止误操作的效果，不需要触碰到屏幕就能够实现相应的操作，使得人机交互更加方便舒适和智能化。
[0039]本实用新型第二实施方式涉及一种手持电子设备的手势感应系统，图2至图4分别是该手持电子设备的手势感应系统的芯片内部框架图、设计原理图和封装外形图。
[0040]本手势传感系统ePL8865 (手持电子设备的手势感应系统)内部集成环境光传感器(ALS)，接近传感器(PS)，4D手势传感器和红外LED发射灯。
[0041]ALS是一个光敏二极管，通过检测环境中的光线，将光信号转化为数字信号，最大转化的光照范围可达100000勒克斯(照明单位)，每个转换的采样周期为100毫秒；并且不受到50赫兹?60赫兹的一般人造光源的影响。根据检测结果来驱动控制器控制LCD背光的亮暗程度，从而来达到节省电池电量和保护人眼视力的效果。
[0042]PS是在芯片内嵌了一颗红外LED，在接近的时候将反射回来的红外信号转化为数字信号；并且接近检测不会受到540纳米的太阳光的影响。通过判断反射回来的能量强度来驱动设备控制器控制LCD的背光和触摸屏传感器工作状态。当设备靠近耳朵或者其它反射面的时候，就可以关掉LCD背光和触摸屏传感器，这样既可以达到节省电池电量，又能够防止对触摸屏的误操作。接近传感器，也可以通过手部在屏幕前挥动来唤醒设备。
[0043]4D手势传感器可以识别出屏幕前方四种手势动作(向左，向右，向上，向下)，手势不需要触碰到屏幕，可直接在屏幕前方2cm至15cm进行操控，它是一种新的人机交互方式。例如，当我们在开车时，直接可以使用手部动作来接听电话，又例如在吃东西时看新闻或电子书，直接可以使用手势动作进行翻页。
[0044]如图2所示，环境光传感器，接近传感器，4D手势传感器分别由图中六个探头来实现。其中clear探头有两个作用，一个作用为探测环境中的可见光的强度，即可作为环境光传感器(ALS)的探头；另一个作用为探测环境中的红外光，可避免环境中的红外光对其他红外探头形成的干扰。IR探头用于在接近传感模式下侦测红外光，即作为接近传感器(PS)的探头；图中GesO至Ges3四个红外探头用于在手势传感模式下侦测红外光，即作为手势传感器(GES)的探头。接近传感模式和手势传感模式下，内置红外LED发射的红外光被外部物体反射回来后，由IR探头和GesO至Ges3四个红外探头侦测。如图2所示，连接内置红外LED的两个外部引脚4和5为LEDA和LEDK。红外驱动器(IR Driver)可以用于驱动红外发光二极管发射脉冲，红外驱动器的外部引脚3为IR1_LED。引脚8 (VDD)和引脚6 (GND)分别为电源和地。
[0045]图2中，与六路探头相连的⑶S (即相当于第一实施方式中的传感选通器)实现各路传感探头的选通，当选通的传感器不同时，芯片的工作模式相应地不同。
[0046]在本实施方式中，ePL8865传感器有6种工作模式:
[0047]I)待机模式:省电模式；
[0048]2) ALS模式:光线传感器连续性的侦测；
[0049]3) ALSS模式:光线传感器单次侦测；
[0050]4) PS模式:接近传感器连续性的侦测；
[0051]5) PSS模式:接近传感器单次侦测；
[0052]6) GES模式:手势传感器连续性侦测。
[0053]图2中传感选通器根据上述工作模式选通一路传感器的模拟信号，经模数转换器(ADC)转换后交由数字信号处理器(DSP)处理。参考电压设置部件(REF)与模数转换器(ADC)连接，为模数转换提供参考电压。
[0054]图2中控制寄存器与I2C接口和数字信号处理器连接。I2C接口和控制寄存器与数字信号处理器一同实现六种工作模式的切换，并可以设置不同工作模式下的参数，包括光传感模式下光传感器的分辨率、侦测时间，以及接近传感模式、手势传感模式下红外发光二极管的发光时间。控制寄存器存储通过I2C接口传输的数字控制和数据，并提供给数字信号处理器进行处理。如图2所示，I2C接口的两个外部引脚I和7分别为SDA和SCL。
[0055]图2中，中断引脚2 (INTB)是一个漏极开路输出。该引脚可设置为二进制模式和低电平有效两种模式，或通过I2C命令将该引脚功能关闭。在二进制模式下，INTB脚的值是和PS或ALS比较器的读值是相反的。在低电平有效模式，INTB脚正常一直为高，当PS比较器或ALS比较器的值从O变为I或从I变为O时，中断标志位置1，中断脚INTB则为低，当主设备发送解锁或者中断标志位被清0，INTB脚则被复位。当中断标志位为高时，比较器会继续工作，判断读值。在中断引脚功能关闭模式下，中断标志位总是被赋值为逻辑O。
[0056]图2还包括振荡器和上电复位部件。振荡器与手持电子设备的手势感应系统中需要提供工作时钟的部件相连接。上电复位部件用于手持电子设备的手势感应系统的上电复位。
[0057]各工作模式的主要原理与特点为:
[0058](I)在ALS模式下，侦测的光照度动态范围可根据不同的分辨率以及侦测的时间来调节。侦测到的光照度经模数转换后，输入数字信号处理器。当测到的数据大于预先设定的高门限时，数字信号处理器中ALS比较器值为高，反之，当测到的数据低于预先设定的低门限时，ALS比较器值为低。ALS有四种分辨率(高，中，低，自动)，相当于汽车的档位，高中低代表手动的三个变速档，自动则跟汽车的自动挡类似。
[0059]高分辨率用来测量较低的环境亮度；中分辨率用来测量正常的室内光亮度；低分辨率用来测量较亮的环境亮度或白天室外亮度；自动分辨率可以根据环境的亮度自动调节分辨率。
[0060]ALS模式有32段侦测时间可调，分别从2到200000个时钟周期，较长的侦测时间可以测试到更低的环境亮度，短的侦测时间可以扩大环境光的测量范围，侦测时间可以通过I2C命令进行设置。
[0061](2)在PS模式下，接近感测是通过控制内部红外LED发射脉冲，测量通过外部反射物发射回来的红外能量值。当设备被放置在靠近目标表面时，如人的脸部，或放在口袋，钱包，抽屉等地方，传感器检测到一个很高的红外反射信号。PS值(通道I输出值)和预先设定的门限值进行比较。同时这个门限值可以进行更改。如果PS值超过高门限，则数字信号处理器中PS比较器值为高，低于低门限时，比较器值为低。当红外反射信号超过或者低于预先设定的门限值时，数据就可以通过轮询或者中断的方式上报给系统。可以读取通道I的数据获取PS的值，PS的读值和传感器到反射面的距离平方成反比，环境中的红外能量可以通过通道O来输出，PS模式下LED的发光时间有32段可以调，从4到20000时钟周期。
[0062](3)在GES模式下，手势感应通过控制内部红外LED发射脉冲，测量对比通过外部反射物发射回来的红外能量值。当设备接近物体标表面时，比如人的手，传感器就能够检测到很强的红外反射信号。手势感应的读值通过四个通道记录并使用(通道0，1，2，3)，手势测的读值也是和传感器与反射面的距离平方成反比的。GES模式LED的发光时间有32段可以调，从4到20000时钟周期。
[0063]当手势传感器前方有反射面在移动时，比如人的手在挥动，传感器能够检测到内部LED发射出去的红外光通过人的手反射回来的能量，因传感器感应部分有很多个区块，因传感器的感应区块是固定的，在同一时刻不同的区块所能够接收到的反射能量是不同的，所以就可以通过通道0，I，2，3将GES的值输出，通过判断读值来得到手部挥动4D的方向。(向左，向右，向上或向下)，目前该应用被广泛使用与大屏的智能手机或平板电脑上，使用者可以通过手部的动作来控制图片的浏览，电子书的翻阅，声音大小的控制，视频的暂停，播放，快进，快退等不同的应用。有了手势传感器的应用，使得人们在现实生活中更加方便，舒适，智能化。
[0064]图3所示为该手持电子设备的手势感应系统的设计原理图。
[0065]图4所示为该手持电子设备的手势感应系统的封装外形图，从左到右依次为正面图、反面图和侧面图。
[0066]本手势传感系统(ePL8865)内部集成环境光传感器(ALS)，接近传感器(PS)，4D手势传感器和红外LED发射灯。
[0067]主要应用包括:笔记本电脑、智能手机、移动互联网设备(MIDS)的PND (便携式导航设备)、电子书、平板电脑、平板电视等。主要用来延长电池寿命和获得更好的用户视觉体验感。[0068]主要特性表现为:
[0069]ALS, PS,红外LED集成在同一个芯片模组内；
[0070]高的接近灵敏度，检测距离范围从O到10厘米，可根据红外强度以及门限的定义来设定；
[0071]ALS感应灵敏度0.01勒克斯至100，000勒克斯；
[0072]内置红外LED和一个独立的LED驱动器；
[0073]4D手势识别距离:20毫米至150毫米(室内环境光线条件达到3000勒克斯)；
[0074]数字控制和数据输出通过I2C接口(I2C接口的时钟频率为IOOkHz或者400kHz);
[0075]可对分辨率和ALS，PS的侦测时间进行编程；
[0076]可对ALS的测量进行求平均针对50Hz交流电进行补偿(求平均倍率1/2/4/8/16/32/64/128)；
[0077]中断脚可根据定义的高低门限进行事件触发；(边沿触发方式)
[0078]中断脚也可以被编程为电平触发模式；
[0079]芯片供电电压(VDD):2.4V到3.6V ;
[0080]芯片工作电流:320uA ;
[0081]3.0V省电模式下，平均工作电流:环境感应模式为30uA;接近感应模式为30uA电流；待机模式下为luA。
[0082]需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0083]虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
【权利要求】
1.一种手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，包括传感器组、红外发光二极管、传感选通器、模数转换器和数字信号处理器； 所述传感器组包括光传感器、红外接近传感器和红外手势传感器； 所述红外发光二极管发射红外信号，所述红外接近传感器和红外手势传感器探测反射回来的红外信号； 所述传感选通器的输入端与所述传感器组连接，所述传感选通器的输出端与所述模数转换器连接； 所述传感选通器根据工作模式选通一路传感器的模拟信号，经模数转换器转换后交由数字信号处理器处理。
2.根据权利要求1所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，还包括I2C接口，所述手持电子设备的手势感应系统的数字控制和数据传输通过该I2C接口实现。
3.根据权利要求2所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，所述I2C接口的时钟频率为IOOkHz或者400kHz。
4.根据权利要求2所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，还包括控制寄存器，所述控制寄存器与所述I2C接口和所述数字信号处理器连接。
5.根据权利要求1所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，还包括 中断引脚，所述手持电子设备的手势感应系统通过中断的方式向系统上报数据。
6.根据权利要求5所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，所述中断引脚可以通过I2C接口设置为边沿触发模式或者电平触发模式。
7.根据权利要求1所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，所述模数转换器包括参考电压设置部件，所述参考电压设置部件与所述模数转换器连接。
8.根据权利要求1所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，还包括红外驱动器，所述红外驱动器与所述红外发光二极管连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的手持电子设备的手势感应系统，其特征在于，还包括振荡器和上电复位部件； 所述振荡器与手持电子设备的手势感应系统中需要提供工作时钟的部件相连接； 所述上电复位部件用于所述手持电子设备的手势感应系统的上电复位。
【文档编号】G06F3/042GK203561972SQ201320687649
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】韩立志, 吴坚 申请人:上海全一通讯技术有限公司