基于Motorola MC33794的人體位置探測(cè)器
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目前，對(duì)物體（包括人體）位置進(jìn)行探測(cè)一般采用如下一些方式和技術(shù)：
微波感應(yīng)器：又稱微波雷達(dá)，是利用電磁波的多普勒原理來(lái)做的，我們知道，任何波都有反射的特性，當(dāng)一定頻率的波碰到阻擋物的時(shí)候，就會(huì)有一部分的波被反射回來(lái)，如果阻擋物是靜止的，反射波的波長(zhǎng)就是恒定的，如果阻擋物是向波源運(yùn)動(dòng)，反射波的波長(zhǎng)就比波源的波長(zhǎng)來(lái)得短，如果阻擋物是向遠(yuǎn)離波源的方向運(yùn)動(dòng)，反射波的波長(zhǎng)就比波源的波長(zhǎng)來(lái)的長(zhǎng)，波長(zhǎng)的變化，就意味著頻率的變化。微波感應(yīng)正是通過(guò)反射波的變化知道有運(yùn)動(dòng)物體逼近或遠(yuǎn)離的。
從上面的分析我們知道，微波感應(yīng)主要對(duì)物體（人體）的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于探測(cè)以一定速度靠近或遠(yuǎn)離微波感應(yīng)器的物體，比如以一定速度行走的人員通過(guò)某個(gè)場(chǎng)所，就可以用微波方便地探測(cè)出來(lái)。它的特點(diǎn)是一旦在附近的物體靜止不動(dòng)，雷達(dá)便不再反應(yīng)。另一方面它無(wú)法探測(cè)出物體的體積大小。
紅外感應(yīng)器：紅外感應(yīng)器探頭是靠探測(cè)人體或其他物體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的，探頭收集外界的紅外輻射通過(guò)聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)向外釋放電荷，檢測(cè)處理后產(chǎn)生報(bào)警。在電子防盜探測(cè)器領(lǐng)域，紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛。
紅外感應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管物體是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)。其缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；另外紅外探測(cè)器只對(duì)相對(duì)背景來(lái)說(shuō)明顯發(fā)射紅外線的物體或人體有效，對(duì)于不發(fā)射紅外線的物體需要有附加的紅外光源。
從上可知，紅外探測(cè)器主要用于感知物體是否進(jìn)入探測(cè)范圍，而對(duì)于物體是否移動(dòng)或物體的大小尺寸則不能感知出來(lái)。
電場(chǎng)傳感器：Motorola的電場(chǎng)傳感器MC33794是一種新型的物體位置探測(cè)器件，Motorola公司提供行業(yè)內(nèi)唯一可產(chǎn)生及檢測(cè)低水平電場(chǎng)和功率并支持微控制器（MCU）的集成電路（IC），所有這些功能均集成在單個(gè)芯片中。這款I(lǐng)C的應(yīng)用目標(biāo)包括電器、機(jī)器、汽車安全系統(tǒng)和使用人體感應(yīng)觸摸板輸入作為用戶接口的任何產(chǎn)品或者系統(tǒng)。設(shè)計(jì)工程師在需要非接觸探測(cè)和三維（3D）電場(chǎng)成像的嵌入式系統(tǒng)中使用MC33794，可減少系統(tǒng)所需器件和成本。它通過(guò)發(fā)射120KHz的超聲波，然后通過(guò)測(cè)量布置在物體周圍的9個(gè)電極上（這些電極均可獨(dú)立使用）的空間分布電容的微小變化來(lái)得到周圍的電場(chǎng)信息，無(wú)接觸地得到被探測(cè)物體的空間位置信息、物體的體積信息和相對(duì)位移變化信息。這是一種全新的三維物體位置探測(cè)器件和技術(shù)。這種技術(shù)非常適合于非導(dǎo)電容器內(nèi)液體高度的測(cè)定。測(cè)定工作可以在容器外完成，而且測(cè)量時(shí)無(wú)須內(nèi)部或接地結(jié)構(gòu)。適合測(cè)量任何介電常數(shù)的導(dǎo)電液體，或者介電常數(shù)比一般值大很多的非導(dǎo)電液體。電場(chǎng)成像技術(shù)還可以探測(cè)到例如汽車在駕駛位置上有沒(méi)有坐人，坐的是大人還是孩子，也可以探測(cè)到音樂(lè)指揮家的動(dòng)作幅度等。由于幾乎所有的日常用品都含有帶電荷、并能在電場(chǎng)中移動(dòng)的原子。電荷可以被感知，也能用三維成像技術(shù)來(lái)顯示各原子之間、原子與外界的相互關(guān)系。因此，電場(chǎng)感應(yīng)是許多可選擇技術(shù)的補(bǔ)充，如光感應(yīng)和聲音感應(yīng)技術(shù)等。比如，光感應(yīng)技術(shù)不能檢測(cè)到視線范圍以外的物體，但通過(guò)電場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)就可以檢測(cè)到。
系統(tǒng)概述
電場(chǎng)式成像芯片MC33794適用領(lǐng)域：
電場(chǎng)式成像芯片MC33794可以使用戶輕松開(kāi)發(fā)出包含該芯片、多個(gè)電極和一顆微控制器的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維感測(cè)和成像應(yīng)用。這種系統(tǒng)具有可靠的檢測(cè)和感知能力，能廣泛實(shí)用于下列領(lǐng)域：
1. 家用電器可輕松植入自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。如果在電吹風(fēng)的手柄上嵌入幾個(gè)電極，那電吹風(fēng)被拿起時(shí)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，而被放下時(shí)又會(huì)自動(dòng)斷電關(guān)閉。另外還可嵌入更多的電極，并定義這些電極的功能，從而能讓使用者通過(guò)輕微觸動(dòng)這些電極，來(lái)控制吹風(fēng)的溫度或速度。
2. 能夠方便地實(shí)現(xiàn)包括液位檢測(cè)、溢出檢測(cè)和濕度檢測(cè)等應(yīng)用。例如，可對(duì)平頂爐進(jìn)行編程控制，當(dāng)爐上的液體被加熱至沸騰溢出時(shí)，平頂爐的爐火能夠自動(dòng)減小或關(guān)閉。
3. 觸摸屏輸入則是一個(gè)較為復(fù)雜的應(yīng)用。在此類應(yīng)用中，一個(gè)電極陣列被嵌入到玻璃中、或被放置在非金屬表面的后面，并能以矩陣的方式被感應(yīng)到，這有些類似于接觸式的開(kāi)關(guān)輸入。但這種方法無(wú)需薄膜開(kāi)關(guān)或昂貴的多層電阻式觸摸板，也無(wú)需接觸式的機(jī)械裝置就可以感應(yīng)到輸入情況，因而能消除接觸式機(jī)械裝置常碰到的磨損、灰塵和腐蝕等問(wèn)題，尤其適合在惡劣環(huán)境下工作。
4. 虛擬的計(jì)算機(jī)內(nèi)建觸摸屏(Touch Pad)也是通過(guò)電場(chǎng)式成像技術(shù)來(lái)?yè)?dān)當(dāng)鼠標(biāo)的功能。在內(nèi)置的電極或放置在板面下的電極的幫助下，觸控板能檢測(cè)到手或手指在板面上的位置變化。通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)和軟件技術(shù)，物體在三維空間內(nèi)的位置可被檢測(cè)出來(lái)。
5. 電場(chǎng)式成像技術(shù)在汽車安全中的應(yīng)用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保護(hù)系統(tǒng)中采用了摩托羅拉的MC33794電場(chǎng)式成像芯片來(lái)探測(cè)乘客的身型和位置，以決定是否需要彈出安全氣囊，避免令小童和身型較小的乘客因氣囊彈出而受傷。該系統(tǒng)采用低階電場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)來(lái)探測(cè)乘客的頭部位置，以及頭部與側(cè)氣囊的距離。一旦系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)乘客的頭部太靠近氣囊，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)阻止氣囊的展開(kāi)。
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)
本項(xiàng)目就是利用Motorola電場(chǎng)傳感器MC33794這種新器件和新技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠準(zhǔn)確探測(cè)人體位置和大小的探測(cè)器，同時(shí)也可以用于分別探測(cè)多個(gè)物體的位置信息。
1.探測(cè)器的設(shè)計(jì)目標(biāo)：
充分利用MC33794 能夠方便探測(cè)出物體大小的特點(diǎn)，使其應(yīng)用于紅外、微波感應(yīng)器不能勝任的場(chǎng)合。充分發(fā)揮MC33794 的功能，體現(xiàn)多路電場(chǎng)傳感器的獨(dú)特功能。
采用廉價(jià)低功耗通用型MCU MC68HC908AP64 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
采用優(yōu)良的數(shù)值計(jì)算方法，根據(jù)9 路電極的參數(shù)精確計(jì)算三維物體位置及大小。
設(shè)備設(shè)計(jì)為具有通用性，可用在多種領(lǐng)域。
進(jìn)行控制，盡量降低成本。 電荷放大器相關(guān)文章:電荷放大器原理
評(píng)論