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TI:无屏幕投影,任何角落都可以是控制中枢

时间:2017-02-13 15:45来源:Compotech 作者:任苙萍 点击:
智慧家庭(2):显示无框架、连网无局限
在三星 (Samsung)、索尼 (Sony)、乐金 (LG) 等大厂宣示将"电视"作为智能家庭核心的同时,不禁让人思考:所谓的"显示"(Display),一定只能依托在有形屏幕上?德州仪器 (TI) 认为,投影技术亦能被应用于智能厨房中,例如,直接将食谱投射在流理台,或是将正在烹饪的信息投射在烤箱/微波炉既有玻璃面板上,不仅可节省安装有形屏幕的空间,又能防水、防污。将投影技术整合至智能家庭,可取代按钮、LCD 面板或平板,将居家环境变得更加智慧化、更具互动性并提供"随选即用"服务,而基于微机电 (MEMS) 组件的"数字光源处理"(DLP) 技术,是重要触媒。
 
DLP Pico,可在任意表面、以任意形状"按需"显示
承袭数字微型反射镜组件 (DMD,一种速度极快的反射性数字光开关) 发展而来的 DLP 技术,已有 30 年历史;它能接收数字影像,产生一系列数字光脉冲信号。这些光脉冲信号进入眼睛后,人类的眼睛会将它解译为彩色模拟影像。只要将 DMD 与适当光源、投影光学系统结合,反射镜就会把入射光反射进入或移开投影镜头的透光孔,利用二位脉冲宽度调制得到灰阶效果;若使用固定式或旋转式彩色滤镜搭配一颗或三颗 DMD 芯片,即可得到彩色显示效果。至于应采用几颗 DMD 芯片?则视系统成本、光源效率、功耗、重量和体积而定。
 

图1:数字微型反射镜组件 (DMD) 工作原理
资料来源:TI网站
 
最初问市的 DLP Cinema,迄今已囊括全球近九成的数字投影市场,足迹遍布电影院、大型展演厅、会议室和家庭剧院;而"Pico"系列是因应小型设备的高亮度、高效能与高分辨率而生,适用于沉浸式运算、车载抬头显示器 (HUD)、微型投影机及交互式数位广告牌等。DLP Pico 还有一个最吸引眼球的特点是:可在任意表面、以任意形状"按需"显示——权衡最佳功率与亮度表现做进阶光学控制,正逐渐向工业、汽车、医疗及消费等"嵌入式光学感测"市场渗透,较知名的案例有:用于物质或食安检测的光谱仪、3D 机器视觉、3D 打印机及血管显像仪。
 
DLP Pico 之所以能灵活调变功率与亮度的秘诀在于:单一 DMD 上的每个微镜,代表屏幕上一个独立调变的像素,会与色序照明同步,故能产生令人惊艳的显示效果。针对智能家庭应用,TI DLP 产品部门台湾业务经理赖升彦表示,DLP Pico 技术除了为家里增加美感外——例如,将灯泡和嵌入式投影安装至标准灯座、分享移动设备内容;将不同风格的影像投射至墙上/天花板当作装饰、变换调和居家气氛;还能运用"超短焦投影"技术特点,提供"实时交互式控制面板"的人性化接口,方便监控操作、配置智能家居设备或执行"点播"功能,加速上手。
 

照片人物:TI DLP 产品部门台湾业务经理赖升彦
 
DLP 开发设计网络,建构芯片设计生态系统
“就中枢控制而言,无屏幕显示 (screenless display) 未尝不是一个好选择",赖升彦提出他的观点。若将 DLP Pico 与无线技术、移动操作系统链接,就可摆脱固定屏幕或显示载具限制;无论是办公室或居家墙壁、桌面、厨房工作台、卧室天花板,甚至车库大门,随处都可作为控制中枢。他并提到,光学和动作捕捉在保全和居家环境,扮演举足轻重的角色;因此,DLP 特地强化其"增值特性",让开发者能将投射技术与红外线 (IR)、飞行时间 (ToF) 测距、超音波、手势辨识等多种异质接口妥善兼容。进一步拆解 DLP 器件,由电子与光学两部分构成。
 
电子部分包括控制器、电源管理模块和照明驱动芯片,若外加应用处理器 (AP) 和前端接口处理器,就能支持手势控制或其他互动操作。光学区块内含 DLP DMD、照明器件、透镜/滤波器等光学组件以及相关机械组件,皆被集成到一个统称为"光引擎"的器件中,其尺寸和外形取决于分辨率、亮度和投射比等。另有鉴于受体的颜色、图像形态和表面曲率,皆会影响最终呈现效果,TI 备有 IntelliBright 算法套件可供作额外亮度和图像补偿——可自行调控光照、优化功率,并根据环境光智能增强局部亮度。
 

图2:典型 DLP Pico 显示架构
资料来源:TI网站
 
万一遭遇投射表面无法与 DMD 对齐、或有俯仰及旋转问题,亦可依据投射表面的指定距离、藉由梯形校正 (Keystone adjustment) 和缩放图像尺寸克服。考虑到熟稔电子专业人士未必擅长光学领域,TI 持续通过 DLP 开发设计网络 (DLP Design Network) 建构广大芯片设计生态系统,可协助电子设计者找到符合所需的"光引擎"器件及后援。这是一个独立的芯片设计业者组织,为开发人员提供软/硬件、光学设计、系统整合、原型设计、制造服务与统包方案等第三方资源,必要时亦可直接向生态系统的在线供货商和制造商采购"光引擎"。
 
表:DLP Pico 芯片及评估工具
 

资料来源:TI官网 (2016/06)
SimpleLink,将语音与多重连网协议完美融合

"虽然业界有人认为电视或冰箱可望成为智慧家居中枢,但检视目前物联网整体技术——包括:软/硬件、开发平台、网络安全和云端技术等,短期内仍有一定难度。以技术现况来看,机顶盒或许是较佳选项",TI 营销与应用嵌入式系统总监詹勋琪接棒剖析。另一方面,着眼于不同的人机接口各有好处,不同使用者在不同环境下亦有自己的使用习惯:像是近年询问度非常高的 Amazon Echo,多少体现了语音输入为用户带来的便利及受欢迎程度;TI 去年亦从善如流、推出基于 SimpleLink 超低功耗平台的"语音远程控制"方案。
 

照片人物:TI 营销与应用嵌入式系统总监詹勋琪
 
此后,开发人员可将 Bluetooth、ZigBee、RF4CE 等多重联机标准,迅速导入语音远程控制、电视、机顶盒及其他智能家庭设备中。借助 SimpleLink ZigBee RF4CE CC2620 无线微控制器 (MCU) 及现有 Bluetooth CC2640 无线 MCU/多重标准 CC2650 方案,可在不牺牲电池使用寿命的情况下,以语音启动命令、搜寻、手势、触控辨识等先进功能。詹勋琪表示,TI 十分乐见 Google、Amazon 和 Apple 在智慧家庭/物联网开发平台上所投入的研发,不同平台各有所长,此刻定论谁会拔得头筹?尚言之过早;现阶段 TI 的产品策略是同时支持以上三个平台。
 
TI 观察到:智能家庭的驱动因素和需求度存在很强的地域性——欧洲关注能效和住宅舒适度,北美强调实用、舒适和保全,日本着重安全生活环境 (银发族群尤其是目标族群);而物联网正是串联这些应用的必要基石。在自身的生态系统开发方面,SimpleLink Wi-Fi CC3100 和 CC3200 平台提供名为"片上物联网"(Internet-on-a-chip) 系列,将互联网与 Wi-Fi 局网集于一身,用户可取得快速连接、云端支持和安全协议;经由应用程序或多配置选项 (包括 SmartConfig 技术),就能为 WPS 和 AP 模式的网络浏览器,轻松而安全地完成 Wi-Fi 连接。
  

 
图3:CC3100 硬件 (左) 及软件 (右) 架构
资料来源:TI网站
 
灵活度、可编程、强大后援,创造差异化
有了"片上物联网",SimpleLink Wi-Fi 系列形同获得 TI 物联网云端生态圈全员加持;加上 TI 各种套件和软件工具、参考设计、范例应用、开发文文件和 TI E2E 社群支持,以及低成本的 LaunchPad 评估套件和 BoosterPack 插入式模块的 MCU 生态系统相助,即使不具连网产品开发经验的工程师,也能从事嵌入式 IoT 简易开发。特别一提的是,CC3100 拥有高度灵活性,可与任一微控制器 (MCU) 搭配实现多元应用;集成 ARM Cortex-M4 MCU 的可编程 CC3200,则允许用户添加自己的特有代码,创造更多差异化价值和系统整合服务。
 
在芯片硬件结构方面,CC3100 和 CC3200 采用 QFN (四方平面无引脚) 封装并具有全整合型射频 (RF) 及模拟功能电路,开发人员可将器件直接布设在电路板上,利于创造低成本、紧凑的易用型系统。

 

(责任编辑:helen)
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