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工业物联网(IIoT)实现了制造和智能机器通信的自动化

物联网技术 2020-10-13 10:28 次阅读

每天,在家庭,车辆,工作场所和公共场所,许多人都使用带光滑玻璃触摸屏和无处不在的按钮的人机界面(HMI)。COVID-19病毒的传播和严重程度不断提高,使人们越来越担心与其他多个人触摸相同的按钮或屏幕。大流行突然改变了对替代接口的需求,以减少对物理接触的需求。


目前还不完全了解病毒是如何传播的。然而,最近的一项研究表明,SARS-CoV-2可能在玻璃、塑料和钢等表面上存活两到三天。这使得在工作场所、零售店和医院环境中,实现人类与机器交互的无接触替代品变得更加重要。

引入触摸控制

工业物联网(IIoT)实现了制造和智能机器通信的自动化,但仍有一些时候人类必须与机器交互。为了减少细菌和病毒的传播,我们需要传统按钮或触摸屏控制的非接触式替代品。


许多用户都熟悉家庭或车辆中的语音助手应用。然而,这种类型的语音控制在嘈杂的生产设施、活跃的户外环境或说话的人群中是不可靠的。对于这些情况,可以将语音和手势结合起来,给出一个适应性更强、更稳健的多模态无触摸界面。

对于语音或视觉控制的系统,机器必须快速可靠地区分故意的用户指令和随机或无意的输入。例如,只有当用户有意做出这种反应时,机器才应该打开,而不是仅仅因为一个人站在它附近说话。机器视觉系统可以识别手势,如手部动作、点头、挥脚和指点。解读肢体语言可以成为机器对人类操作者的可见输入做出反应的一种更自然的方式。

基于手势的解决方案开发

开发基于手势的解决方案的第一步是确定系统必须识别和解释哪些手势类型。例如,用户是只用手交流,还是全身运动?对于视觉系统来说,手指的运动会比整个身体更容易捕捉到吗?整个身体可能会被衣服或其他随身携带的物品部分遮住?

手势复杂度也是重要的设计参数。例如,开门可能只需要一个手势,但调整环境控制或改变生产线可能需要一系列复杂的手势。

最后,移动速度和环境条件也会起到重要作用,例如,当照明水平较低或太亮时。了解所有这些因素有助于确定所需摄像机传感器的数量和类型、视野、焦距以及检测和解释手势所需的分辨率。

此外,还建议提供一个备用接口,如语音控制或物理触摸屏,以防用户无法使用手势方法。对于工业环境中的安全关键功能,应用软件可能需要进行功能安全评估和认证,如针对工业系统的IEC61508。

把概念变成现实

了解手势,环境和摄像头类型后,我们必须获取或建立手势识别机器学习模型。图1的左侧显示了将手势示例转换为推理引擎所需的步骤,该引擎实际上是识别手势的算法。TensorFlow,ONNX和Pytorch是用于此目的的一些常用工具。

只有现在我们才能确定合适的硬件和软件。手势识别系统通常建立在工业级嵌入式平台上,从连接到通用计算核心的单个智能摄像头,到为多核处理器提供高度优化视觉和机器学习加速器的多个摄像头传感器。图1显示了手势识别系统的两种选择,推荐用于更简单系统的i.MXRT微控制器平台,以及用于更复杂或更快响应手势和视觉系统的NXPi.MX8MPlus应用处理器。

立体视觉摄像头可以使用MIPI-CSIUSB以太网连接以及音频输入,识别语音和声音发生器,以提供音频用户反馈。显示面板还可以向用户提供直观的指示和反馈,并且可以在非接触式控制发生故障或将不使用的情况下包含备用触摸屏。

最快的方法是利用现有的嵌入式平台和工具箱。例如,ToradexApalisi.MX8EmbeddedVisionStarterKit是一种工业级单板解决方案,基于NXPi.MX8应用程序处理器,结合AlliedVisionsensor,它利用AmazonWebServices(AWS)开发工具完成对象识别任务。该工具集可以收集手势示例,并将其传输到AWS工具中,以训练手势识别模型。然后,可以将生成的推理引擎加载回同一个工具包中,以识别手势并通知机器如何响应。

结论

随着对非接触式用户界面需求的增加,机器视觉系统将大受欢迎。这种需求存在于广泛的应用程序中,包括零售、智能建筑、医疗保健、工业和娱乐。

在工业和制造环境中,无接触控制不仅可以保证用户的安全,而且可以改善人类与机器的交互方式。现有的硬件和软件子模块可用于构建成本效益高的基于手势的控件,这些控件具有响应性和可靠性,从而开创了一个无接触用户界面的新时代,这将有助于行业在新的常态下继续发展。

责任编辑:lq

原文标题:将非接触式控制带入工业物联网领域

文章出处:【微信号:iotmag,微信公众号:物联网技术】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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AD7156 超低功耗、1.8 V、3 mm × 3 mm、双通道电容式转换器

AD7147A CapTouch®单电极电容式传感器专用可编程控制器

和特点 可编程电容数字转换器(CDC) - 欲了解更多信息,请参考数据手册。 片内自动校准逻辑自动补偿环境变化自适应的阈值和灵敏度电平 寄存器映射与AD714x兼容 用片内RAM存储校准数据 SPI兼容型(串行外设接口兼容)接口(AD7147A) I2C兼容型串行接口(AD7147A-1) 串行接口专用独立VDRIVE电平 25引脚、2.3 mm × 2.1 mm WLCSP封装 从触摸到响应的延迟时间极短产品详情 AD7147A CapTouch™控制器设计用于电容式传感器,以实现按钮、滚动条和滚轮等功能。这种传感器只需一层PCB板,为超薄型应用创造了可能。AD7147A是一种配备片内环境校准功能的集成式CDC。该CDC有13个输入通道,通过一个开关矩阵与一个16位、250 kHz Σ-Δ型转换器相连。该CDC能够感知外部传感器的电容变化,并借助此信息来记录传感器激活事件。通过对寄存器进行编程,用户可完全控制CDC设置。高分辨率传感器要求在主机处理器上运行较少的软件,可能需要两层PCB。AD7147A设计用于单电极电容式传感器(接地传感器)。配有一个有源屏蔽输入,以尽可能降低传感器中的噪声影响。AD7147A配有片内校准逻辑,用以补偿周围环境发生的变化。只要传感...
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AD7147A CapTouch®单电极电容式传感器专用可编程控制器

AD7151 用于近程传感的超低功耗单通道电容式转换器

和特点 超低功耗工作电压(V):2.7 V至3.6 V;工作电流:70 µA 响应时间:10 ms 自适应式环境补偿技术 1个电容输入通道传感器电容(CSENS)0 pF,最高13 Pf灵敏度可达1 fF 经过EMC测试 两种运行模式固定设置的独立运行模式用户自定义设置的微控制器接口运行模式 近程检测输出标志 双线串行接口(I2C兼容) 工作温度:-40°C至+85°C 10引脚MSOP封装产品详情 AD7151采用一种响应快速的超低功耗转换器,为电容式近程传感器提供了一种全面的信号处理解决方案。AD7150是AD7151的双通道形式。AD7151采用ADI公司的电容-数字转换器(CDC)技术,这种技术汇集了与实际传感器接口过程中起着重要作用的众多特性于一身,如高输入灵敏度,较高的输入寄生接地电容和泄漏电流容限。集成自适应式阈值算法可对因环境因素(如湿度和温度)或绝缘材料老化而导致传感器电容发生的任何变化进行补偿。默认情况下,AD7151采用固定加电设置以独立模式运行,并以一路数字输出显示检测结果。另外,AD7151也可通过串行接口与微控制器连接,可通过用户自定义设置对内部寄存器进行编程,而数据和状态信息则可从该器件中读取。AD7151工作电源电压为2.7...
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AD7151 用于近程传感的超低功耗单通道电容式转换器

AD7746 24位、双通道电容数字转换器

和特点 下载示例代码采用单芯片解决方案的新标准可与单一或差分浮动式传感器接口分辨率:最低4 aF(即最高21 ENOB)精度:4 fF线性度:0.01%共模(不可变)电容最大可达17 pF满量程(可变)电容范围:±4 pF耐受对地寄生电容:最大60 pF更新速率:10 Hz~90 Hz16 Hz时,50 Hz、60 Hz同时抑制片内温度传感器分辨率:0.1°C,精度:±2°C电压输入通道内部时钟振荡器双线式串行接口(I2C®兼容)电源:2.7 V至5.25 V单电源工作功耗:0.7 mA工作温度范围:–40°C~+125°C16引脚TSSOP封装 产品详情 AD7745/AD7746均为高分辨率、Σ-Δ电容数字转换器(CDC),可直接与电容传感器的电容连接进行测量。该芯片还具有高分辨率(24位无失码、最高21位有效分辨率)、高线性度(±0.01%)和高精度(±4 fF工厂校准)等固有特性。AD7745/AD7746的电容输入范围是±4 pF(可变),同时可接受最大17 pF共模电容(不可变),后者可以通过一个可编程片内数字电容转换器(CAPDAC)来平衡。AD7745拥有一个电容输入通道,AD7746则拥有两个通道。每个通道均可配置为单端输入或差分输入方式。AD7745/AD7746针对浮动式电容传感器而设计...
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AD7746 24位、双通道电容数字转换器

AD7745 24位、单通道电容数字转换器

和特点 采用单芯片解决方案的新标准可与单一或差分浮动式传感器接口分辨率:最低4 aF(即最高21 ENOB)精度:4 fF线性度:0.01%共模(不可变)电容最大可达17 pF满量程(可变)电容范围:±4 pF耐受对地寄生电容:最大60 pF更新速率:10 Hz~90 Hz16 Hz时,50 Hz、60 Hz同时抑制片内温度传感器▪ 分辨率:0.1°C,精度:±2°C电压输入通道内部时钟振荡器双线式串行接口(I2C®兼容)电源:▪ 2.7 V至5.25 V单电源工作▪ 功耗:0.7 mA工作温度范围:–40°C~+125°C16引脚TSSOP封装 产品详情 AD7745/AD7746均为高分辨率、Σ-Δ电容数字转换器(CDC),可直接与电容传感器的电容连接进行测量。该芯片还具有高分辨率(24位无失码、最高21位有效分辨率)、高线性度(±0.01%)和高精度(±4 fF工厂校准)等固有特性。AD7745/AD7746的电容输入范围是±4 pF(可变),同时可接受最大17 pF共模电容(不可变),后者可以通过一个可编程片内数字电容转换器(CAPDAC)来平衡。AD7745拥有一个电容输入通道,AD7746则拥有两个通道。每个通道均可配置为单端输入或差分输入方式。AD7745/AD7746针对浮动式电容传感器而设计。若...
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AD7745 24位、单通道电容数字转换器

AD7143 电容式触摸传感器专用可编程控制器

和特点 可编程的电容-数字转换器25 ms的更新速率(最大序列长度时)分辨率优于1 fF8个电容式传感器输入通道无需使用外部RC调谐元件 自动转换定序器片内自动校准逻辑自动补偿环境变化自适应式阈值和灵敏度水平 用片内RAM存储校准数据 I2C® 兼容型串行接口 串行接口专用独立VDRIVE电平 主机控制器中断输出 16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP-VQ封装 2.6 V至3.6 V的工作电压 低工作电流全功耗模式:不足1 mA低功耗模式:50 µA产品详情 AD7143是具有片内环境校准功能的集成式电容-数字转换器(CDC),可用于需要采用新型用户输入法的系统。AD7143可与外部电容式传感器接口,从而实现电容按钮、滚动条和滚轮等功能。 CDC有8个输入通道,通过一个开关矩阵与一个16位、250 kHz sigma-delta (Σ-Δ)电容-数字转换器相连。该CDC能够感知外部传感器的电容变化,并借助此信息来记录传感器激活事件。外部传感器既可配置成一系列按钮,也可配置成一个滚动条或滚轮,或者各类传感器的组合。通过对寄存器进行编程,用户可完全控制CDC设置。高分辨率传感器要求在主机处理器上运行软件。AD7143配有片内校准逻辑,用以处理周围环境发生的变化。传...
发表于 02-22 12:39 76次 阅读
AD7143 电容式触摸传感器专用可编程控制器

AD7152 12位电容数字转换器(2个电容输入通道)

和特点 电容数字转换器 与浮动式传感器接口 分辨率:最低0.25 fF(即最高12 ENOB) 线性度:0.05% 共模(不可变)电容最大可达5 pF 内部时钟振荡器 双线式串行接口(I2C兼容) 单电源供电:2.7 V至3.6 V,功耗:100 μA 欲了解更多信息,请参考数据手册产品详情 AD7152/AD7153均为12位Σ-Δ型电容数字转换器(CDC),要测量的电容可直接连接到器件输入端。该器件结构具有高分辨率(12位无失码、最高12位有效分辨率)和高线性度(±0.05%)等固有特性。两款器件在每种工作模式下均有四种电容输入范围:在差分模式下为±0.25 pF至±2 pF,在单端模式下为0.5 pF至4 pF。AD7152/AD7153可接受最大5 pF共模电容(不可变),后者可以通过一个可编程片内数字电容转换器(CAPDAC)来平衡。AD7153拥有一个电容输入通道,AD7152则拥有两个通道。每个通道均可配置为单端输入或差分输入方式。两款器件均针对浮动式电容传感器而设计。AD7152/AD7153均有一个双线式I2C®兼容串行接口。二者均可采用2.7 V至3.6 V单电源供电,额定温度范围为−40°C至+85°C,采用10引脚MSOP封装。应用 汽车电子、工业和医疗系统,用于:压力测量位置检测液...
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AD7152 12位电容数字转换器(2个电容输入通道)

AD7843 触摸屏数字转换器

和特点 4线触摸屏接口 额定吞吐量:125 kSPS 低功耗:最大1.37 mW(125 kSPS,VCC = 3.6 V) 单电源(VCC):2.2 V至5.25 V 比率转换 高速串行接口 可编程8位或12位分辨率 2个辅助模拟输入 关断模式:最大1 µA 16引脚QSOP和TSSOP封装产品详情 AD7843是一款12位逐次逼近型ADC,具有同步串行接口以及用于驱动触摸屏的低导通电阻开关,采用2.2 V至5.25V单电源供电,吞吐量大于125 kSPS。AD7843采用的外部基准电压,可在1 V至+VCC范围内变化,而模拟输入范围为0 V至VREF。这款器件具有关断模式,此模式下功耗不足1 µA。AD7843提供两种封装:16引脚、0.15英寸、四分之一大小集成封装(QSOP). 和16引脚超薄紧缩小型封装(TSSOP)。查看QSOP 封装尺寸。(格式:pdf,大小:19,569 字节)同时也可查看AD7843的同类器件AD7873。AD7873与AD7843相似,但拥有更多功能,例如:一个片内温度传感器(-40°C至+ 85°C),2.5 V片内基准电压源,以及电池和触摸压力测量。方框图...
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AD7843 触摸屏数字转换器

AD7142 电容式触摸传感器专用可编程控制器

和特点 可编程的电容数字转换器36 ms的更新速率(最大序列长度时)分辨率优于1 fF14个电容式传感器输入通道无需使用外部RC调谐元件自动转换定序器片内自动校准逻辑自动补偿环境变化自适应的阈值和灵敏度电平用片内RAM存储校准数据SPI®兼容型串行接口(AD7142) I2C®兼容型串行接口(AD7142-1) 串行接口专用独立VDRIVE电平中断输出和GPIO 32-引脚、5 mm x 5 mm LFCSP_VQ封装 电源电压:2.6 V至3.6 V低工作电流全功率模式:小于1 mA低功耗模式:50 µA 产品详情 AD7142和AD7142-1是具有片内环境校准功能的集成式电容-数字转换器(CDC),可用于需要采用新型用户输入法的系统。AD7142和AD7142-1可与外部电容式传感器接口,从而实现电容按钮、滚动条或滚轮等功能。该CDC有14个输入通道,通过一个开关矩阵与一个16位、250 kHz Σ-Δ型电容数字转换器相连。该CDC能够感知外部传感器的电容变化,并借助此信息来记录传感器激活事件。外部传感器既可配置成一系列按钮,也可配置成一个滚动条或滚轮,或者各类传感器的组合。通过对寄存器进行编程,用户可完全控制CDC设置。高分辨率传感器要求在主处理器上运行较少的软件。 A...
发表于 02-22 12:39 324次 阅读
AD7142 电容式触摸传感器专用可编程控制器

AD7150 用于近程传感的超低功耗双通道电容式转换器

和特点 超低功耗工作电压(V):2.7 V至3.6 V;工作电流:100 µA 响应时间:10 ms 自适应式环境补偿技术 2个独立的电容输入通道传感器电容(CSENS)0 pF,最高13 Pf灵敏度可达1 fF 经过EMC测试 两种运行模式固定设置的独立运行模式用户自定义设置的微控制器接口运行模式 两个近程检测输出标志 双线串行接口(I2C兼容) 工作温度:−40°C至+85°C 10引脚MSOP封装产品详情 AD7150采用一种响应快速的超低功耗转换器,为电容式近程传感器提供了一种全面的信号处理解决方案。AD7151是AD7150的更低功耗、单通道形式。AD7150采用ADI公司的电容-数字转换器(CDC)技术,这种技术汇集了与实际传感器接口过程中起着重要作用的多种特色功能于一身,如高输入灵敏度,较高的输入寄生接地电容和泄漏电流容限。集成自适应式阈值算法可对因环境因素(如湿度和温度)或绝缘材料老化而导致传感器电容发生的任何变化进行补偿。默认情况下,AD7150采用固定加电设置以独立模式运行,并以两路数字输出显示检测结果。另外,AD7150也可通过串行接口与微控制器连接,可通过用户自定义设置对内部寄存器进行编程,数据和状态信息可从该器件中读取。 AD...
发表于 02-22 12:38 214次 阅读
AD7150 用于近程传感的超低功耗双通道电容式转换器

AD7147 CapTouch™单电极电容式传感器专用可编程控制器

和特点 可编程的电容-数字转换器(CDC)fF分辨率 13路电容传感器输入 9ms的更新速率(所有13路传感器输入) 无需外部RC元件 自动转换定序器 /li> 片内自动校准逻辑 自动补偿环境变化 自适应的阈值和灵敏度电平 寄存器图可与AD7142兼容 用片内RAM存储校准数据 SPI兼容型(串行外设接口兼容)串行接口(AD7147) I2C兼容型串行接口(AD7147-1) 串行接口专用独立VDRIVE电平 中断输出和通用输入/输出(GPIO) 24引脚、4 mm x 4 mm LFCSP封装 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 AD7147 CapTouch™控制器设计用于电容式传感器,以实现按钮、滚动条和滚轮等功能。这种传感器只需一层PCB板,为超薄型应用创造了可能。AD7147是一种配备片内环境校准功能的集成式CDC。该CDC有13个输入通道,通过一个开关矩阵与一个16位、250 kHz sigma-delta (Σ-Δ) 转换器相连。该CDC能够感知外部传感器的电容变化,并借助此信息来记录传感器激活事件。通过对寄存器进行编程,用户可完全控制CDC设置。高分辨率传感器只要求在主机处理器上运行较少的软件。AD7147设计用于单电极电容式传感器(接地传感器)。配有一个有源...
发表于 02-22 12:36 300次 阅读
AD7147 CapTouch™单电极电容式传感器专用可编程控制器

AD7877 触摸屏控制器

和特点 4线触摸屏接口 LCD降噪特性(STOPACQ引脚) 自动转换序列器与定时器 用户可编程的转换参数 片内温度传感器:-40°C至+85°C 2.5 V片内基准电压源 片内8位DAC 3个辅助模拟输入 1个专用GPIO和3个可选GPIO 3个中断输出 2个电池测量通道(0.5 V至5 V) 通过汽车应用认证 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 AD7877是一款12位逐次逼近型ADC,具有同步串行接口以及用于驱动触摸屏的低导通电阻开关,采用2.7 V至5.25 V单电源供电(2.2 V也可正常运转),吞吐速率为125 kSPS。AD7877可用于两个输入上的电池测量、温度测量和触摸压力测量。AD7877还具有一个2.5 V片上基准电压源。不使用时,可关断基准电压源以降低功耗。也可以使用外部基准电压,并可在1 V至+VCC范围内变化,模拟输入范围为0 V至VREF。这款器件具有关断模式,此模式下功耗不足1 µA。片上ADC的相位采集通过STOPACQ引脚来控制,这样可以降低来自LCD的噪声影响。用户可编程转换控制包括可变采集时间及第一转换延迟。每次转换可利用多达16个均值。该器件还有一个片上DAC,用来控制LCD背光或对比度。AD7877采用转换序列器与定...
发表于 02-22 12:25 82次 阅读
AD7877 触摸屏控制器