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GestICOverkey3D——Windows8环境下的自由空间键盘控制

2014-04-28
作者:Andreas Guete
来源:来源:电子技术应用2014年第3期
关键词: 软件

    早在20世纪90年代,触摸板就已作为笔记本电脑的用户接口出现了。今天,触摸板已大规模替代轨迹球和操控手柄。 触摸技术已经升级到了电容式触摸传感,并且其功能已囊括多点触摸。尽管在过去的20年里触摸板技术有了长足的发展,但由于安装条件有限,并且触摸板需要大约5 mm~7 mm的厚度,这些仍然限制了笔记本制造商的设计自由。此外,触摸板也只是一种二维(2D)输入设备。
1 GestIC——技术概览
    Microchip的GestIC 3D手势控制技术利用电近场(E-field)克服了这些制约。 MGC3130单芯片解决方案,允许用户在设备附近使用手或手指来控制设备。 MGC3130产生一个局部电场,在其中可检测各种人机交互(从一维(1D)触摸直到全3维(3D)手势识别)。 MGC3130采用Microchip的GestIC技术提供无接触3D位置跟踪、3D手势识别以及接近检测和控制功能。MGC3130 3D手势控制器内部结构如图1所示。

    GestIC是一种载波频率约为100 kHz(即波长约为3 km)的电近场检测技术。由于电极之间的距离对于波长来说微不足道,磁场分量和辐射能量几乎为零,从而得到一个不受无线电波干扰的纯净准静电场。 而且,产生的电场不会受到诸如光线、声音、肤色及湿度等环境因素影响,而且可以戴着手套进行操作。 而其他3D输入技术(如光电、超声波或红外系统)均会受到诸如此类环境因素的不良影响。
2 MGC3130——单芯片手势传感解决方案
    MGC3130计算人手在检测区域内的运动,并将它们翻译为手势以及x/y/z位置数据。传感系统使用最多5个电场接收电极,结合MGC3130的内置3D信号处理单元(SPU)和片内手势库构成了一个真正的单芯片拓扑结构。MGC3130的片内手势库允许芯片处理各种手势应用,大大缩短了开发人员的开发周期,加快产品上市。
    芯片获得位置的更新速率高达200个位置/s,这个数字对于实现一个真正的实时手势输入命令绰绰有余。该器件采用极低功耗设计,具备多种功耗模式。包括接近时自动唤醒的最低功耗。因此,即便是针对电池供电的移动设备,长时间启用3D检测也是可行的。
    芯片的集成处理内核会对手势输入进行处理,以向主机提供X/Y/Z位置数据、简单手势“说明”或接近信息。 这款崭新的突破性接口利用三维形式的用户输入,使得操作更便捷和直观。此外,还定义了MGC3130的数字接口,要求其必须满足大量硬件需求。 一个可编程4引脚接口,供开发人员进行数据交换时选用,如I2CTM或SPI。
3 MGC3130 Overkey3D——自由空间键盘控制
    Microchip的MGC3130 GestIC Overkey3D实现方案是另一种在笔记本电脑或台式机应用中控制用户接口的技术。 通过在键盘下集成低成本GestIC电极或者在现有键盘结构上装配GestIC电极,即可创建一个3D检测空间。人手在键盘外特定的运动将被精确地归类到某种预定义的手势,并顺势映射为某种输入命令。
    这款产品其实就是一种集成手位置和选择控制功能的键盘,提供了一种控制Windows 8的新颖方式。完全没必要保留键盘区域,直接用手触摸屏幕即可实现命令输入。该解决方案支持在自由空间中的位置控制和手势检测以及最低功耗接近检测。GestIC Colibri Suite提供上述所有功能,甚至更多。该方案能够很好地支持直接在键盘表面(即按键)滑动的位置跟踪。
    Microchip的MGC3130允许实现单检测区,但它也支持将两个GestIC器件以主/从配置模式组合在一起。这样,设备制造商可以在单区或双区实现方案中进行选择。
    MGC3130的最低功耗接近检测允许根据手或手指是否进入检测区域来即时开关按键LED,从而启动对按键背光照明的控制。用户无需按键来唤醒系统,并且由于LED关闭信号不再依赖于定时器从而降低了总功耗。
    MGC3130的丰富功能集可通过microchip.com/gestic提供的GestIC API访问。文档齐全的API允许开发适用于Windows系统的第三方软件,创建通用的GestIC App。
4 GestIC Overkey3D——Windows 8环境下的自由空间控制
    笔记本电脑和一体机的制造商正在探求人机界面(HMI)的创新,以应对移动PC市场中由平板电脑和Windows 8造成的混乱。GestIC满足了这种需求,将针对笔记本电脑的HMI选项从传统方式及2D定位提升到了新的高度,允许对用户输入操作执行三维(3D)自由空间手势识别。 GestIC通过检测键盘上的手势还能支持Win8 metrostyle UI。 三维技术还带来了简化操作的好处,消除了手腕疲劳,并且减少了用户输入所需的状态切换次数,对于用户而言,提高了工作速度和生产力。
    Windows 8的Metro面板给传统的台式机环境引入了额外的UI层。 Windows 8提供控制App和内容的触摸手势。 在没有触摸屏的系统中,这些UI创新仍然是用户不可访问的,即在传统硬件中包含在Windows 8安装程序中。
    GestIC手势可用来增强标准Windows 8用户界面。因此,设备制造商能够向用户提供具有“手势捷径”的优化系统,以减少频繁执行的任务所需的输入命令次数,从而显著提高用户效率和满意度。
    简言之,GestIC Overkey3D使您可以在无触摸屏的系统中体验到面向触摸应用的Windows 8 UI的好处。
5 GestIC——3D传感
    光电系统在近距离情况下会遭遇与角度有关的覆盖率问题,要实现一组简单的3D功能,通常要消耗超过500 mW功率,并且响应速度仅为50帧/s。而GestIC解决方案相比之下仅需要其不到十分之一的功耗,且更新速率显著提高。总之,电场传感作为一种技术原理有助于实现与环境无关的新一代近距离3D人机交互,能够支持实时更新,并且功耗能满足当今移动设备的需求;电场传感还可以支持肉眼不可见的集成解决方案。
    由于GestIC具有片上处理能力及片内手势库(Colibri Suite),这种灵活的架构能助设计周期极其紧迫的设计人员一臂之力。现成的解决方案可加快产品上市,由于其灵活的存储架构能支持器件现场升级,从而节省了投资。

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