物聯網（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。

挑戰和機遇

由IoT引發的用戶界面（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出具有這些嵌入式需求的時尚 UI 確實是一大挑戰，然而應對這一挑戰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。

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，該系統不需要任何照明，而且這一操作的實現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，在你控制開關之前提前照亮這一區域。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。即使是動態的、不斷變化的環境也不會對該系統造成影響。

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，產品開發過程中根本無需進行軟件開發，即可實現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 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 方式的優勢體現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、百葉窗和防曬系統等用例。而可以檢測隨意手勢的功能則成功實現了接聽/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）。