平板電腦的環境光感和距離傳感器模組電路設計分析

李旭輝

（萬利達集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

目前，平板電腦已經被運用于各個領域的日常辦公業務中，而且逐漸成為居家辦公、學習以及人際溝通中不可缺少的關鍵設施。與臺式電腦的傳統結構相比，具有小巧性與便攜性的平板電腦更方便隨時進行辦公業務的處理，充分保證了人際溝通中信息傳遞的實時性。在該基礎上，設計平板電腦內部的模組電路系統時，應當重點完善距離傳感器的線路布局設計，結合平板電腦的距離傳感特征以及系統光感特征，靈活選擇設計系統模組電路的方案。

1 平板電腦的發展史與現狀

Tablet Computers 也可稱為個人計算機或者平板電腦，屬于便攜式的小型個人手提電腦。平板電腦的雛形最早誕生于20 世紀60 年代，起源于筆記本電腦與輸入信息功能相結合的全新系統設計構想（艾倫·凱首創）。經過系統設計構思的不斷演變，在20 世紀90 年代，GRID 公司成功上市了商用型的首臺平板電腦。但是在最初的誕生階段，平板電腦系統信息錄入識別程度較差，尤其是對于手寫信息來說更是如此。同時，上市后的平板電腦具有系統體積較大與市價較高等缺點，因此亟待改進MS-DOS 的原始平板電腦運行與顯示系統。

現如今，平板電腦與Windows 運行系統的結合程度越來越高，有效增強了平板電腦在處理業務數據時的實效性。在該基礎上，研發技術人員重新設定了Windows 運行系統支撐下的平板電腦含義，并且將其確定為紙筆體驗全面集成的新型便攜式電腦系統，簡稱為Tablet PC 的小型智能處理系統。例如對于近些年來研發成功的iPad 平板電腦來說，該類平板電腦具有集成各類數據運行與處理的基本系統功能，創新了設計平板電腦的技術思路。在IOS 的系統模式下，各類業務數據可以被集成處理，并且縮小了平板電腦的體積。目前受到青年消費者群體青睞的華為、三星以及小米平板電腦系列產品已經迅速得到推廣。具體來講，市場上現有的平板電腦主要包含3 類核心處理系統。

1.1 iOS的平板電腦操作系統

作為閉源操作的典型平板電腦系統種類來說，iOS 系列產品的系統操作界面非常美觀、簡潔，有助于應用程序品質的提升，豐富了用戶的使用體驗。目前，iPhone 以及iPad 的多數產品都來自于蘋果公司，贏得較多用戶群體的青睞。

1.2 Windows類型的平板電腦系統

誕生于微軟公司的Windows 類型平板電腦系統包含多種不同的平板電腦型號，其中典型的是Surface 類型的平板電腦。從系統運行模式的角度來講，Windows 類型的PC 操作系統以及平板電腦具有十分相似的系統功能，因此多數用戶對此感覺到非常熟悉，而且可以做到快速熟練平板電腦的主要運行模式，有助于消除平板電腦用戶在面對全新電子產品時的陌生感。

1.3 Android平板電腦系統

Android 系統可以用于開源操作系統，該類平板電腦目前已經被推廣到各類企事業單位以及個人用戶的日常業務操作領域，體現了較好的電腦系統運行實效，加快了業務處理的速率。在Android 平板電腦的主體系統中，系統硬件產品具備優良的硬件安全性能，可以達到較長的硬件運行年限。例如對于小米以及三星公司主營的平板電腦類型產品來說，上述產品都是由Android 核心系統組成的。

2 硬件系統的工作原理與相關設計

從系統硬件構成的角度來說，平板電腦系統主要包括應用處理器、數據存儲模塊、顯示屏組件、系統觸控模塊、Wi-Fi&BT 模塊、無線定位模塊、系統音頻模塊、系統電池以及充電控制模塊等。除此以外，平板電腦還包括輸入設備與傳感器，例如光感部件、攝像頭與距離感應裝置等。具體來說，現階段的平板電腦系統主要包含3 個系統硬件設計要點。

2.1 傳感器的基本工作原理

距離傳感器以及環境光的傳感器都是平板電腦傳感器系統的核心構成部分，平板電腦可以借助傳感器來實現對背景光線的感知功能，結合空間光線強度來自動調節系統，帶給平板電腦用戶全新的光感體驗。具體在對背光亮度進行調整的環節中，系統必須借助LCD 的自動調控芯片，該芯片可以明顯減少平板電腦功耗，達到產品節能效果。

技術人員對于位移傳感器可以運用于實現距離傳感的功能，并且對于外界的各種物理變化量也能做到自動進行感知與處理。在系統檢測元件的輔助下，經過換算處理，可以得到精準程度較高的距離變化幅度數據，借助傳感器來判斷物體位移以及物體間隔距離。在設計傳感器模組的過程中，主要涉及距離傳感器與環境光傳感器的集成處理。經過全面的系統封裝操作后，能夠形成傳感器的完整系統模組，使傳感器模組能隨時感知周邊物體遮擋光線的角度以及距離[1]。例如CAPELLA 公司的CM36771 光電傳感器，CM36771 集成了一個高靈敏度的長距離接近傳感器（PS）、環境光傳感器（ALS）和940 nm 的紅外LED 到一個小的封裝。16 位高分辨率ALS 提供了優秀的傳感能力，無論是黑暗或高透明度的鏡頭設計，足以滿足大多數應用。CM36771提供獨立可編程的高和低閾值中斷功能，優化微控制器資源，體現了傳感系統元件的節能優勢。

2.2 硬件方案與物理設計

系統硬件設計的側重點在于合理布置平板電腦的內部運行線路，系統設計人員必須結合物理設計的基本要點。在選擇與確定電路運行模式的過程中，關鍵就是要結合現有的硬件布置方案，確保平板電腦的內部線路滿足安全運行的目標。為了實現用戶體驗全面優化的目標，系統設計人員就必須對系統物理設計模式進行優化調整，豐富用戶的感官體驗以及視覺體驗，增強用戶針對平板電腦系列產品的滿意程度。

具體針對產品物理設計來講，基本要點應當包括面板部位的開孔體積、噴涂觸控面板表層油漆的深度與顏色，此外還要重視傳感器的繞射光線遮擋。通常來講，對油墨層進行噴涂處理的過程中，應當結合面板邊框的尺寸體積來進行靈活選擇，運用一體化的系統設計思路來美化平板電腦的整體外觀。因此，設計人員不一定要選擇深色油墨，而是應當在確保平板電腦良好運行功能的前提下，靈活確定油墨噴涂層的厚度與油墨顏色的搭配。

平板電腦的傳感器元件會吸收外界的光線，因此必須通過設計面板部位的透光小孔來阻隔過多的外界光線射入，防止過多的光線影響傳感器元件的正常運行。在安裝平板電腦的整機過程中，通常會產生特定的安裝操作誤差，因此應當合理選擇開孔的部位，并且還要確保對準傳感器。經過綜合的設計考慮，系統設計人員應當避開系統設計中的死區，靈活確定開孔光線接收以及光線發射角度。

圖1 為隔離光線的硅膠套

2.3 實現產品設計

平板電腦的系列產品組件在出廠環節中，只有經過了完整的系統電路運行調試，才能保證實現最佳的產品安全運行功能。因此在實現平板電腦產品功能的過程中，重點在于全面調試系統模組電路，確保模組電路具有優良的電路運行功能。

系統設計人員在對電路物理結構在進行全面優化設計時，關鍵就是要牢固焊接系統主板的部件，然后經過配套測試才能保證模組電路達到最大化的電路安全運行功能。系統設計人員在完成模組實物主板搭接處理的基礎上，硅膠套應當添加在適當的系統結構部位，優化系統建模的實施思路，如圖1 所示。

在某些特殊情況下，傳感器部件容易表現出內部運行數據增多的現象，該現象的產生根源在于傳感接收裝置進入了反射的紅外光，因此能夠表明外界物體已經靠近了電腦運行系統，因此系統CPU 對于反射光線的距離數據應當進行精確計算，然后完成信息反饋的相關處理。實際上，紅外反射光能夠透過機械空隙以及面板的觸控玻璃層，這樣將會產生數據接收環節中的某些誤差，進而形成了光線繞射的現象。

為了保證平板電腦系統以及外界物體的間隔距離能夠被精確計算，系統設計人員必須運用合理的方式來隔離玻璃層以及傳感器元件的空隙部位，避免上述2 個部位的反射紅外光線產生相互干擾。例如，系統設計人員可以選擇將硅膠套覆蓋在玻璃面板的附近區域，從而達到阻隔外界光線的效果。通過運用上述的系統優化設計方式，就可以充分保證模組傳感線路具備最佳的外界光源感知效果。

3 結語

經過分析可見，平板電腦系統不能缺少模組電路。技術人員通過對電腦內部的模組電路進行合理的線路運行設計，可以實現平板電腦的距離傳感功能以及環境光感功能，增強系統運行的安全支撐與保障，不斷完善平板電腦用戶的系統功能體驗。