Este sistema utiliza técnicas de reconocimiento de gestos para detectar movimiento corporal como agitar o deslizar la mano e interpreta esos movimientos como comandos. Este método de interacción se basa en datos capturados por dispositivos sensibles a la luz como cámaras o sensores de luz.

El circuito mostrado en la Figura 1 es un sistema óptico de bajo costo para aplicaciones de reconocimiento de gestos.

Este diseño transmite pulsos de luz infrarroja hacia el espacio y lee los datos de luz reflejada recibidos por el sensor de luz. Un objeto gestual (como una mano) que se mueve en este espacio refleja la luz infrarroja sobre los sensores de luz. El diseño luego detecta esta luz y genera una respuesta basada en la posición del objeto.

El rango típico de sensado de gestos es hasta 20 cm y la frecuencia de muestreo es hasta 512 muestras por segundo, permitiendo que el tiempo de respuesta y el rechazo del ruido sean ajustados para adaptarse a los requerimientos específicos de la aplicación.

Figura 1. Diagrama de bloques del circuito

El sistema realiza tres funciones básicas:

> Detectar el comienzo y final de un gesto.
> Seguir el movimiento de la mano durante el gesto.
> Identificar el gesto en base al movimiento de la mano.

Sensor de angulo de luz infrarroja

El núcleo del circuito es el sensor de angulo de luz infrarroja ADPD2140. Este dispositivo realiza mediciones de 2 ejes y de un solo punto de los ángulos de incidencia de la luz infrarroja. Múltiples dispositivos pueden ser utilizados para triangular distancia. El ADPD2140 está dividido en cuatro canales de fotodiodos con un común terminal catódico.
El ADPD2140 incluye un filtro óptico incorporado con un corte agudo de la luz visible, eliminando la necesidad de lentes externos y preservando el rango dinámico del sensor cuando es colocado bajo la luz del sol o iluminación interior. Cuando se selecciona una fuente de luz infrarroja para este diseño, es importante elegir una pieza que funcione a una longitud de onda arriba de los 800 nm para que la luz pueda pasar por el filtro óptico interno del ADPD2140. La fuente de luz debería también ser colocada a una distancia del sensor tal que la luz reflejada caiga dentro del campo de visión de +/-35°. En este diseño de referencia, un emisor infrarrojo de 850 nm sirve como fuente de luz y es colocado a 6 mm del primer ADPD2140 y a 19 mm del segundo, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Colocación del ADPD2140 + LED

Frontal fotométrico

En el circuito el frontal fotométrico es el ADPD1080. Es un dispositivo altamente integrado que incluye controladores LED, amplificadores de transimpedancia, integradores, conversor analógico-digital (ADC), procesamiento de señales digitales y una interfaz I2C.

El ADPD1080 es responsable de pulsar el LED infrarrojo, sensar la respuesta del ADPD2140, convertir las fotocorrientes analógicas a códigos digitales y enviar los datos a un microcontrolador externo a través del I2C. Con ocho canales de entrada de fotodiodos paralelos de alto rendimiento y diseño compacto, el ADPD1080 puede ser usado con el ADPD2140 para crear una solución discreta y de bajo costo para la detección del ángulo de luz utilizando pulsos LED sincronizados.
El circuito utiliza dos sensores de luz infrarroja ADPD2140 conectados al ADPD1080, facilitando la detección de gestos y distancias. La Figura 3 muestra un diagrama de bloques simplificado de un canal de medición típico.

Figura 3. Canal de medición típico

El ADPD1080 tiene tres controladores LED (LEDX1, LEDX2 y LEDX3) que pueden ser usados para alimentar LEDs externos.

Durante un período de muestreo, el LED es pulsado y las etapas del amplificador de transimpedancia convierten las corrientes del fotodiodo en voltajes. Estos voltajes de salida luego se integran dentro de una ventana programada para el intervalo de tiempo.

Luego, el LED se apaga y se integra en la polaridad opuesta durante el mismo período de tiempo, después de lo cual el ADC digitaliza la salida del integrador. Esta secuencia de muestreo sincrónica rechaza la luz ambiente, ya que la medición sólo depende de la luz reflejada por el LED.
El camino de medición del ADPD1080 es altamente configurable; la ganancia de transimpedancia, compensación del tiempo de integración, promedio y otros parámetros pueden ser ajustados para adaptarse a la aplicación final.

Regulación de potencia y desplazamiento de nivel

El LT1761 es un regulador de micropotencia de bajo ruido y baja caída que tiene un amplio rango de voltaje de entrada de 1.8 V a 20 V y una corriente de salida máxima de 100 mA. La variante fija de 1.8 V requiere capacitores de entrada, salida y reducción de ruido.
Como el ADPD1080 utiliza lógica de 1.8 V para sus líneas digitales se incluye una función de desplazamiento de nivel en este diseño para garantizar compatibilidad con placas de controlador que funcionan con lógica de 3.3 V. Para el bus I2C del ADPD1080, las líneas de datos y reloj son pasadas a través de un LTC4313-3, un buffer de bus bidireccional de 2 cables intercambiable en caliente que también soporta desplazamiento de nivel a 1.8 V. La Figura 4 ilustra la configuración de la conexión de las líneas de datos y reloj del bus I2C del ADPD1080 al LTC4313-3.

Figura 4. Diagrama de conexión del LTC4313-3

Similarmente para el pin GPIO0 del ADPD1080, la línea de datos pasa a través de un desplazador de nivel de un solo canal ADG3301.

Referencia

"CN-0569 Circuit Note: Infrared Gesture Recognition Module", Analog Devices, Inc., Mayo 2022
Traducción y adaptación por Diego de Azcuénaga, Ingeniero en Electrónica Facebook: diego.deazcuenaga