HID設(shè)備手指導(dǎo)航

 人機(jī)界面（HMI）已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，很多技術(shù)公司已經(jīng)很重視它。擁有創(chuàng)新用戶界面的新產(chǎn)品在任何領(lǐng)域都容易被接受。例如，在出現(xiàn)蘋(píng)果iPod酷酷的滾輪之前， MP3播放器已經(jīng)在市場(chǎng)上存在很長(zhǎng)時(shí)間了，iPod的出現(xiàn)給原來(lái)的MP3市場(chǎng)一個(gè)巨大沖擊。然后他們又?jǐn)U展了新的技術(shù)，在i-Phone里引入了創(chuàng)新的觸摸屏?，F(xiàn)在觸摸屏都已經(jīng)是便攜式的設(shè)備的標(biāo)配了。簡(jiǎn)而言之，具備創(chuàng)新接口的產(chǎn)品更能脫穎而出。
   人機(jī)接口設(shè)備(HID)是把人的指示傳輸?shù)綑C(jī)器指令的設(shè)備，并且要盡可能的使人機(jī)交互得更加順暢。每個(gè)HID設(shè)備是由三部分組成。第一部分是模擬前端，它直接和人打交道，收集他們的輸入。中間部分是邏輯傳輸功能模塊，它把人的指令翻譯成機(jī)器能懂的語(yǔ)言。最后一部分是通訊模塊，它和機(jī)器接口接收輸入。

圖1：HID
下面是區(qū)分用戶接口憂劣的重要的性能參數(shù)：
• 易于使用
• 功耗
• 尺寸
• 成本
• 易于設(shè)計(jì)
• 易于生產(chǎn)
• 精確度
• 噪聲抑制
• 壽命長(zhǎng)短
• 速度
• 分辯率
• 可量測(cè)性

把上述所有的參數(shù)集中在一個(gè)單一技術(shù)里是不可能的。根據(jù)不同的應(yīng)用，可以權(quán)衡這些參數(shù)，決定哪些要哪些不要。
什么是手指導(dǎo)航

手指導(dǎo)航就是上述所講的用戶界面之一，它使手機(jī)和其他手持消費(fèi)類產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。下面我們將會(huì)看到手指導(dǎo)航在HID應(yīng)用中是多么重要

手指導(dǎo)航從不動(dòng)點(diǎn)取樣報(bào)告通過(guò)它的手指運(yùn)動(dòng)。這個(gè)功能和軌跡球或筆記本上的“紅點(diǎn)”比較類似。從光源來(lái)的連續(xù)光在這個(gè)區(qū)域反射出微觀紋理特征，導(dǎo)致不同的空間頻率，他們是表面的和運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。光源可以是LED或激光。連續(xù)的激光光源比LED光源應(yīng)用廣泛，因?yàn)長(zhǎng)ED容易受外部振動(dòng)和環(huán)境光影響。
 

圖2：手指導(dǎo)航模塊

  模擬前端(AFE)是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵部分。通常AFE是一個(gè)探測(cè)器，這個(gè)探測(cè)器可以接收反射的激光光源。除了常規(guī)器件模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，還需要其他信號(hào)處理器件，以確保噪聲源都被消除掉。

當(dāng)信號(hào)處理時(shí)，邏輯傳遞函數(shù)模塊負(fù)責(zé)照顧根據(jù)所選的通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換要求。通常，這可以由一個(gè)低速 CPU來(lái)完成。

通信可以是有線或無(wú)線。USB是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的有線HID產(chǎn)品，因?yàn)樵诂F(xiàn)有各種操作系統(tǒng)中都支持標(biāo)準(zhǔn)的HID類驅(qū)動(dòng)。有許多無(wú)線方式可作為選項(xiàng)，如紅外、藍(lán)牙、2.4GHz射頻。每一個(gè)協(xié)議都各有利弊，在這里就不詳細(xì)討論了。[!--empirenews.page--]

圖3：手指導(dǎo)航模塊--橫斷面視圖
手指導(dǎo)航設(shè)計(jì)分三部分：

• 光學(xué)部分
• 電氣部分
• 機(jī)械部分

[!--empirenews.page--]
復(fù)雜的電氣設(shè)計(jì)可以通過(guò)可編程的智能SoC變得簡(jiǎn)單。最困難的部分就是光學(xué)和機(jī)械部件的整合，這個(gè)設(shè)計(jì)可以確保光源有效地反射到探測(cè)器。這絕對(duì)需要一個(gè)專家了解所有這三個(gè)部分的設(shè)計(jì)，這樣才能使手指導(dǎo)航模塊更有效率地工作。在下一節(jié)里，將會(huì)通過(guò)應(yīng)用實(shí)例來(lái)討論手指導(dǎo)航如何比現(xiàn)有設(shè)備里的導(dǎo)航技術(shù)更先進(jìn)。
無(wú)線空中鼠標(biāo)/演示器/遙控器中的手指導(dǎo)航:
現(xiàn)有架構(gòu)

圖4：無(wú)線空中鼠標(biāo)/演示器--現(xiàn)有架構(gòu)
手指導(dǎo)航改良架構(gòu):

圖5：無(wú)線空中鼠標(biāo)/演示器—改良架構(gòu)
• 可由多用途的手指導(dǎo)航傳感器替代昂貴的數(shù)字加速度計(jì)
• 可由光標(biāo)替代激光筆來(lái)完成演示指示
• 可由更耐用、更美觀的電容按鍵替代機(jī)械按鈕
• 手指導(dǎo)航可以降低遙控器按鈕的數(shù)量。不需要在遠(yuǎn)程提供菜單，可以在目標(biāo)設(shè)備顯示GUI，手指導(dǎo)航移動(dòng)到選項(xiàng)并選中。

Cypress的OvationONS™激光導(dǎo)航方案可以說(shuō)是精密運(yùn)動(dòng)感應(yīng)應(yīng)用的突破性技術(shù)。這些器件擁有賽普拉斯OptiCheck™激光技術(shù)專利，它們具備很多性能優(yōu)點(diǎn)，如在高速下高精度跟蹤、廣泛的表面覆蓋度、低功耗。該產(chǎn)品可提供快速、準(zhǔn)確、靈敏的跟蹤，并且不會(huì)損失傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)的有點(diǎn)。OvationONS™器件專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)簡(jiǎn)化器件、降低生產(chǎn)成本、提高良品率的。賽普拉斯的手指導(dǎo)航方案大大降低了生產(chǎn)成本和產(chǎn)品尺寸，大大的提高了性能。
注：對(duì)于 2.4GHz無(wú)線射頻通信，在電腦這邊需要一個(gè)接收器。本文中將不討論其框圖。

圖6：基于賽普拉斯方案的無(wú)線空中鼠標(biāo)/演示器方案
無(wú)線鍵盤(pán)/鼠標(biāo)集成的手指導(dǎo)航
在大多數(shù)情況下，無(wú)線鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是一起工作的。然而，給它們找到一個(gè)獨(dú)立的空間是很困難的。把他們兩個(gè)整合到一起也是很困難的，這是因?yàn)槭髽?biāo)形狀因素和操作表面有限制。高分辨率高精度的手指導(dǎo)航技術(shù)形狀很小，使整合變得很簡(jiǎn)單。此外，游戲HID所要求的性能都很高，手指導(dǎo)航可以解決這些問(wèn)題，并且不會(huì)丟失傳統(tǒng)HID的優(yōu)點(diǎn)。