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Automotive Electronics So einfach bringen Sie die Gestensteuerung ins Auto

Autor / Redakteur: nach Unterlagen von Cypress Semiconductor / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Gestensteuerung ist eine feine Sache – vor allem im Auto. So kann der Fahrer Navigationsgerät oder Autoradio bedienen und dabei die Straße im Blick behalten. Kapazitive Näherungssensoren machen's möglich.

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Bild 1: Diese Anordnung von kapazitiven Näherungssensoren um ein Infotainment-System eignet sich bestens zur Erkennung von Handgesten.
Bild 1: Diese Anordnung von kapazitiven Näherungssensoren um ein Infotainment-System eignet sich bestens zur Erkennung von Handgesten.
(Bild: Cypress)

Kapazitive Näherungssensoren werden im Auto meist eingesetzt, um Personen zu erkennen, die Innenraumbeleuchtung einzuschalten oder eine schlüssellose Zentralverriegelung zu aktivieren. Darüber hinaus lassen sich mit mehreren, geeignet angeordneten Näherungssensoren auch einfache Gesten erkennen. Die Daten der einzelnen Sensoren werden dabei so zusammengefasst, dass die Bewegungsrichtung der Hand im Sensorbereich erkannt wird. Diese Gesten können als Eingaben für Systeme dienen, z.B. zur Bedienung des Mediaplayers, für die Navigation auf einer Landkarte oder beim Suchen eines Titels in einer Playlist.

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Es lassen sich mehrere Näherungssensoren räumlich voneinander getrennt in einer geeigneten Anordnung anbringen. Wenn sich die Hand vor den Sensoren bewegt, wird sie von den einzelnen Sensoren zu unterschiedlichen Zeitpunkten erkannt.

Die Ansprechreihenfolge zeigt die Bewegungsrichtung

Aus der Reihenfolge dieser Erkennung und der Zeitdauer zwischen dem Ansprechen der verschiedenen Sensoren kann die Richtung und die Geschwindigkeit der Handbewegung hergeleitet werden. Gesten können aus einer einfachen geraden Bewegung in der Luft bestehen, bei der die Hand von links nach rechts über die Sensoren geführt wird, aber auch aus komplexeren Mustern, z.B. einer Kreisbewegung in der Luft. In diesem Artikel erklären wir, wie eine einfache Gestenerkennung implementiert werden kann und wie kompliziertere Gesten mit mehreren Sensoren in unterschiedlichen Anordnungen erfasst werden können.

Sensoren sollen in unterschiedlicher Reihenfolge ansprechen

Stellen Sie sich vier kapazitive Näherungssensoren vor, die um das Infotainment-System eines Fahrzeugs herum so angeordnet sind, wie in Bild 1 gezeigt. Die Anordnung der Sensoren muss so gewählt werden, dass sie in unterschiedlicher Reihenfolge ansprechen, wenn die Hand vor der Sensorebene eine Geste ausführt. Wir identifizieren dabei die Reihenfolge, in der die Sensoren auf die Handbewegung reagieren. Falls die Reihenfolge einer der vorgegebenen Sequenzen entspricht, wird die zugehörige Geste als Ergebnis ausgegeben. Zur Erklärung der in diesem Artikel besprochenen Gesten nutzen wir die in Bild 1 gezeigte Sensoranordnung als Referenz.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 17/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Einschalten des Systems aktiviert die Näherungssensoren

Stellen Sie sich eine einfache Geste vor, bei der die Hand in der Luft eine gerade Linie beschreibt, in der sie sich vor den Sensoren, wie in Bild 2 oben gezeigt, von links nach rechts bewegt. Wenn sich die Hand vor den Sensoren von links nach rechts bewegt, spricht der linke Sensor zuerst an, wenn sie sich dem System nähert. „Ansprechen“ bedeutet hier, dass der Sensor ein Objekt in seiner Nähe erkannt hat. Das ist nicht damit zu verwechseln, dass der Näherungssensor von einem System angesprochen würde. Die Näherungssensoren werden aktiviert, sobald das System eingeschaltet wird, und tasten daraufhin ständig ihre Umgebung nach Objekten ab.

Wenn sich die Hand weiter über die Konsole bewegt, sprechen zusätzlich zum linken Sensor die Sensoren oben und unten an. Wenn sich die Hand weiter nach rechts bewegt, spricht der rechte Sensor an. Sobald die Hand den Erkennungsbereich des linken Sensors verlässt, wird sie von diesem Sensor nicht mehr gemeldet. Wenn die Hand rechten Sensor passiert, wird sie von den oberen und unteren Sensoren nicht mehr erkannt. Wenn sich die Hand weiter bewegt, wird sie auch vom rechten Sensor nicht mehr erkannt. Wenn wir die Reihenfolge betrachten, in der die Sensoren ansprechen, ergibt sich je nach Position der Hand und der Empfindlichkeit der einzelnen Sensoren eines der folgenden Muster:

  • Links → oben → unten → rechts
  • Links → unten → oben → rechts
  • Links → unten → rechts
  • Links → oben → rechts

Alle oben genannten Reihenfolgen beim Ansprechen der Sensoren werden der Geste (links → rechts) zugeordnet. In diesem Beispiel wird ein PSoC (Programmable System on a Chip) von Cypress eingesetzt, um die Auswertung der kapazitiven Näherungssensoren zu implementieren. Ein A/D-Wandler für die Kapazität (sog. Capsense Sigma Delta) im PSoC dient zur Messung der Kapazität. Das Ausgangssignal des CSD-Moduls wird als „Rawcounts“ bezeichnet. Je höher der Rawcount-Wert, desto größer ist die vom Sensor gemessene Kapazität. Wenn sich die Hand vor dem Näherungssensor befindet, nimmt die Kapazität zu.

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