物聯(lián)網（IoT）設備不僅詮釋了最新通信技術和云連接，同時還重新定義了像電燈開關這樣問世已逾百年的老產品。有了IoT，研發(fā)人員往往可以為產品增添遠遠超出幾年前所能想象的額外的新功能。例如，現(xiàn)在只要一個電燈開關就可以在準備睡覺時關掉家里所有的燈，調節(jié)家里任意一盞燈的燈光顏色和亮度，設置照明方案的自動執(zhí)行順序以及無論是否在家都可通過智能手機對這一切進行遠程控制。然而，IoT設備同時還是嵌入式產品，也就是說用戶無需事先閱讀使用手冊就可以對它們進行操作和控制。

挑戰(zhàn)和機遇

由IoT引發(fā)的用戶界面（UI）是為用戶帶來不少裨益（但不僅限于連接）的一個關鍵因素。現(xiàn)在客戶對 UI 的期望越來越高，特別是針對嵌入式設備還限定了低功耗、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尚 UI 確實是一大挑戰(zhàn)，然而應對這一挑戰(zhàn)也是決定一個產品成功的關鍵要素。21 世紀的電燈開關會是什么樣的呢？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？

手勢或有含義的手部動作，是人類從起源之初就一直使用的基本交流方法，也是我們日常生活的一部分。我們只要向上揮手就“開燈”，簡單的順時針旋轉來“調亮燈光”。調暗燈光或關燈無需過多解釋了。基于手勢的用戶界面是非常直觀的。將手勢應用于控制將會在消費者可用性和工業(yè)設計方面帶來一系列的改進，而且這些都可以在項目預算范圍內實現(xiàn)。

運用電場

Microchip 的 MGC3030/3130 手勢控制器提供了真正的單芯片手勢檢測，可實現(xiàn)上述功能。這些控制器基于 Microchip GestIC?專利技術而設計，通過電場來檢測人體手部的動作（見圖 1 和圖 2）。

圖 1：GestIC?技術運用電場來檢測手部動作

圖 2：手部動作干擾電場時就能檢測到手勢

由于采用了電容式傳感技術，該系統(tǒng)不需要任何照明，而且這一操作的實現(xiàn)也不需要透鏡或是開口。例如，利用無縫集成的手勢檢測板，電燈開關可以有一個光滑的表面；它甚至可以隱藏在石膏板后面，與房間的室內設計融為一體而不會有破損。

這款手勢控制器完全以嵌入式用途為設計宗旨，可對環(huán)境變化作自動校準，備有片上手勢檢測功能。這一技術無需主機計算，且配有自動喚醒/休眠功能。后者不僅是滿足系統(tǒng)低功耗需求的一個關鍵因素，而且對用例而言也是至關重要的。自動喚醒功能提供 7 天 24 小時全天候的手勢檢測，實現(xiàn)了永遠工作著的用戶界面，迎合了我們對電燈開關的期望。當你的手一靠近電燈開關，自動喚醒功能就會被觸發(fā)，在你控制開關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的，因此這是一個非常有用的特性。

用包括印刷電路板（PCB）在內的任意導電材料制成電極就能產生電場，實現(xiàn)傳感功能。內置的模擬前端，加上 32 位內核中運行的固件，可以感應到因用戶手部動作而產生的任意電場變化并進行相關處理，從而識別出相應手勢并提供用戶手部的X-Y-Z 坐標信息。這個內置的模擬和數(shù)字噪聲濾波功能從根本上保障了手勢檢測的可靠性。即使是動態(tài)的、不斷變化的環(huán)境也不會對該系統(tǒng)造成影響。

該系列的所有控制器產品均通過 I2C 連接至一個可選主機。手勢信息就這樣被傳送到主機，有了這個簡單的拓撲結構（見圖 3），控制器可以快速集成至任意一個設備。

圖 3：采用 MGC3030 3D 手勢控制器的 GestIC?拓撲結構

此外，它們對主機的需求降至最低，手勢端口還支持無主機使用。憑借這個手勢端口功能，特定的手勢可以輕松映射到可配置輸入/輸出接口。這樣，產品開發(fā)過程中根本無需進行軟件開發(fā)，即可實現(xiàn)基于手勢的用戶界面，從而大大加快產品上市。

采用 GestIC 技術的設計工作借助圖形用戶界面（GUI）來完成，可以定制行為，選擇對應的手勢，并且將有關設置和時序信息傳遞給應用。

Microchip 的手勢控制器可提供一系列強大的功能，涵蓋了 3D 手勢以及觸摸和接近檢測。根據(jù) X-Y-Z 坐標信息，可增加實時跟蹤自由空間運動的功能。

圖 4：MGC3030 3D 手勢控制器

結論

GestIC 技術支持多樣化的、強大的手勢功能。這種 UI 方式的優(yōu)勢體現(xiàn)于各種家庭自動化應用，包括但不限于室內照明、音頻、采暖、空調、窗戶、百葉窗和防曬系統(tǒng)等用例。而可以檢測隨意手勢的功能則成功實現(xiàn)了接聽/拒接電話來電的操作，有效降低了駕駛員行車時分心的情況。僅憑一個簡單的手部動作即可令無線音箱快進播放下一首曲目，而一個旋轉動作就能調節(jié)音量高低。當人們能選擇以無需接觸任何物體的方式來實現(xiàn)坐便器沖水操作的時候，我們才會知道嵌入式手勢感應的時代真正到來了（而目前的沖水感應器僅僅只能檢測到運動而非精確的動作）。