ZX距离与手势传感器连接指南

一、引言

ZX距离与手势传感器是与XYZ Interactive合作的产品。XYZ Interactive的技术人员创造了一种独特的技术，能利用简单的红外光束在二维空间中检测物体的位置。该传感器是无接触式的，不仅能在空中识别简单手势（如左右滑动），还能识别物体距离传感器的距离（“Z”轴，最远约10英寸即25厘米），以及物体在传感器上方左右的位置（“X”轴，跨度约6英寸即15厘米）。

文件下载：SEN-12780.pdf

二、教程涵盖内容

本教程将展示如何将传感器连接到Arduino和计算机，具体分为以下几个部分：

1. 板载概述：介绍ZX传感器的各种引脚和跳线设置。
2. 硬件连接：讲解如何将传感器连接到Arduino。
3. Arduino库安装：若计划将其与Arduino配合使用，需安装ZX传感器库。
4. Arduino：ZX示例：演示如何在Arduino上读取传感器的Z轴和X轴数据。
5. Arduino：手势示例：展示如何使用Arduino读取手势。
6. PC：ZX示例：说明如何在Windows计算机上读取Z轴和X轴数据。
7. 资源与拓展：提供更多使用ZX传感器的额外资源。

三、所需材料

除传感器本身外，若要进行Arduino示例，还需以下额外组件：

1. ZX手势和距离传感器（SEN - 12780）：无接触式传感器，具备相应检测功能。
2. SparkFun USB Mini - B电缆（CAB - 11301）：USB 2.0 A型到Mini - B 5针电缆。
3. SparkFun RedBoard（DEV - 12757）：预编程Arduino的开发板。
4. 面包板（PRT - 12043）：白色迷你面包板，用于小型项目原型搭建。
5. 6英寸公对公跳线（PRT - 08431）：SparkFun独家产品，155mm长。
6. 直排引脚（PRT - 00116）：40针引脚，可按需切割。

若要在基于Windows的PC上尝试ZX传感器，还需要一个FTDI转接板（SparkFun FTDI Basic Breakout - 5V，DEV - 09716）。

在开始使用ZX传感器之前，建议熟悉以下概念：

1. Arduino基础：部分示例使用Arduino控制传感器。
2. I²C协议：ZX传感器使用的通信协议之一。
3. 串口通信：用于编程Arduino、查看调试信息和传输传感器数据。
4. 面包板使用：面包板用于连接Arduino和ZX传感器。
5. FTDI驱动安装：编程Arduino或使用传感器演示应用程序时可能需要。

四、板载概述

4.1 工作原理

ZX传感器通过两侧的两个LED发射红外（IR）光束，光束从传感器上方的物体反射回来，反射光被传感器中心的接收器接收，传感器背面的微控制器对数据进行解读。我们可以通过I²C或UART连接读取结果。

4.2 引脚描述

ZX传感器提供了2个连接端口：I²C和UART。需要注意的是，只能使用I²C或UART中的一种与传感器通信。各引脚功能如下：	引脚标签	描述
GRN	未使用
TXO	传感器的UART发送输出
RXI	UART接收，当前未使用
VCC	3.3 - 5V电源
GND	接地
BLK	未使用，但连接到GND
DR	数据就绪，通过I²C有数据可读时为高电平
CL	I²C时钟
DA	I²C数据

4.3 跳线设置

传感器板背面有几个跳线，可以用烙铁打开或关闭。

• I²C上拉电阻：默认情况下，SDA和SCL I²C线上有4.7kΩ上拉电阻。移除该跳线的焊锡可断开上拉电阻。

• I²C地址：默认情况下，此跳线是打开的。关闭它可以更改传感器的I²C地址。	跳线状态	I²C地址
  打开	0x10
  关闭	0x11

4.4 红外屏蔽罩

传感器LED上的小铜管用于阻挡LED发出的直接照射到接收器的红外光，确保光线先从物体反射回来。这些屏蔽罩用强力胶水固定，若要移除可能需要一些丙酮。如果要将ZX传感器安装在自己的外壳中，需确保红外光不会从LED侧面直接到达接收器，即需要制作自己的红外屏蔽罩。

五、硬件连接

5.1 添加引脚

将一排可断开的公引脚焊接到板上的9个引脚孔中。

5.2 连接转接板

对于Arduino示例，我们将使用I²C。将转接板连接到RedBoard的以下引脚：	ZX传感器	RedBoard
VCC	5V
GND	GND
DR	2
CL	A5
DA	A4

需要注意的是，我们连接了DR引脚，但仅在Arduino手势示例中使用。DR表示“数据就绪”，当传感器有数据可读时为高电平。我们可以将其连接到Arduino中断，这样就无需持续轮询传感器。

六、Arduino库安装

ZX传感器的大部分工作由传感器本身的微控制器完成，我们只需读取结果。为了更方便地使用，我们创建了一个Arduino库。点击按钮下载最新版本的ZX传感器Arduino库，下载后解压文件，按照Arduino库安装指南将文件安装为Arduino库。

七、Arduino示例

7.1 ZX示例

• 加载ZX演示：打开Arduino程序，选择“文件” -> “示例” -> “SparkFun_ZX_Distance_and_Gesture_Sensor” -> “I2C_ZX_Demo”。
• 连接USB：用USB迷你电缆将计算机连接到RedBoard。若之前未安装，需安装FTDI驱动。
• 运行程序：确保在“工具” -> “串口”中选择正确的串口，在“工具” -> “开发板”中选择“Arduino Uno”。点击上传按钮，等待程序上传到Arduino。选择“工具” -> “串口监视器”打开串口终端，串口监视器设置为默认设置（9600，8，n，1）。此时应看到“ZX Sensor初始化完成”的消息。
• 测试：将手悬停在传感器上方4到10英寸（10到25厘米）处，移动手，应在串口终端中看到Z（传感器上方高度）和X（左右位置）数据。Z和X数据为0到240之间的无符号整数。

7.2 手势示例

• 加载手势中断演示：选择“文件” -> “示例” -> “SparkFun_ZX_Distance_and_Gesture_Sensor” -> “I2C_Gesture_Interrupt”。
• 运行程序：上传草图并打开串口监视器，应看到初始化完成的消息。
• 测试手势：将手放在传感器一侧（带有黄铜罩的红外LED一侧），距离传感器4到10英寸（10到25厘米），水平划过传感器，若手势正确，应在串口监视器中看到消息。需要注意的是，手势的“速度”衡量手势发生的快慢，数字越小，手势速度越快（如3表示非常快，25表示非常慢）。
• 支持的手势：目前支持的手势包括右滑（从板左侧向右滑出传感器范围）、左滑（从板右侧向左滑出传感器范围）、上滑（物体靠近传感器，悬停至少1秒，然后向上移出传感器范围）和无手势（传感器无法正确识别手势）。

八、PC示例

ZX传感器除了响应I²C命令外，还会通过其UART端口持续传输ZX数据。我们可以将FTDI转接板直接连接到ZX传感器并读取输出，可使用串口应用程序或屏幕命令（Linux或Mac）查看输出。可以使用3.3V或5V的FTDI转接板，5V转接板能让传感器获得更好的检测范围。

8.1 设置

• 将FTDI转接板连接到ZX传感器，确保引脚对齐（如GRN连接到GRN，BLK连接到BLK）。
• 用USB电缆将FTDI转接板连接到计算机。
• 下载ZX演示应用程序并解压。

8.2 运行

• 双击运行ZX演示应用程序。
• 在右侧的“输入：”下拉列表中选择与FTDI转接板对应的COM端口（若需要查找COM端口的帮助，可查看终端基础教程的相关部分），无需选择“输出：”端口。
• 点击“打开”连接到FTDI转接板。
• 移动手在传感器上方，应看到红色球移动。还可以尝试应用程序中的其他选项卡，如“Z - 控制”选项卡可尝试让手靠近和远离传感器，“手势”选项卡可根据Z和X数据计算不同的手势。

九、资源与拓展

9.1 其他示例

尝试完基本的ZX和手势演示后，可以尝试Arduino库中的其他示例：

• I2C_Gesture_Demo：通过I²C轮询传感器，查看是否有手势发生。
• I2C_Gesture_Interrupt：检测到手势时，DR引脚从低电平变为高电平，此示例通过I²C读取手势并通知传感器清除DR。
• I2C_ZX_Demo：通过I²C定期轮询传感器获取Z和X轴数据。
• I2C_ZX_Interrupt：当有效ZX数据准备好时，ZX传感器将DR引脚置为高电平。
• UART_Gesture_Demo：目前不支持通过UART进行手势识别，此演示暂时作为占位符。
• UART_ZX_Demo：从软件串口读取Z和X轴数据并在串口监视器上显示。

9.2 资源

以下是一些有助于使用ZX传感器的额外资源：

• ZX传感器数据手册
• 使用Arduino与ZX传感器
• ZX传感器原理图
• ZX传感器GitHub仓库

9.3 其他教程

如果你需要一些灵感，可以查看以下相关教程：

• 连接Arduino到Processing
• 串行图形LCD连接指南
• RGB面板连接指南
• APDS - 9960 RGB和手势传感器连接指南

你是否已经准备好使用ZX传感器开发自己的项目了呢？不妨尝试一下这些示例，看看能创造出什么有趣的应用！