平板电脑的环境光感和距离传感器模组电路设计分析

李旭辉

（万利达集团有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

目前，平板电脑已经被运用于各个领域的日常办公业务中，而且逐渐成为居家办公、学习以及人际沟通中不可缺少的关键设施。与台式电脑的传统结构相比，具有小巧性与便携性的平板电脑更方便随时进行办公业务的处理，充分保证了人际沟通中信息传递的实时性。在该基础上，设计平板电脑内部的模组电路系统时，应当重点完善距离传感器的线路布局设计，结合平板电脑的距离传感特征以及系统光感特征，灵活选择设计系统模组电路的方案。

1 平板电脑的发展史与现状

Tablet Computers 也可称为个人计算机或者平板电脑，属于便携式的小型个人手提电脑。平板电脑的雏形最早诞生于20 世纪60 年代，起源于笔记本电脑与输入信息功能相结合的全新系统设计构想（艾伦·凯首创）。经过系统设计构思的不断演变，在20 世纪90 年代，GRID 公司成功上市了商用型的首台平板电脑。但是在最初的诞生阶段，平板电脑系统信息录入识别程度较差，尤其是对于手写信息来说更是如此。同时，上市后的平板电脑具有系统体积较大与市价较高等缺点，因此亟待改进MS-DOS 的原始平板电脑运行与显示系统。

现如今，平板电脑与Windows 运行系统的结合程度越来越高，有效增强了平板电脑在处理业务数据时的实效性。在该基础上，研发技术人员重新设定了Windows 运行系统支撑下的平板电脑含义，并且将其确定为纸笔体验全面集成的新型便携式电脑系统，简称为Tablet PC 的小型智能处理系统。例如对于近些年来研发成功的iPad 平板电脑来说，该类平板电脑具有集成各类数据运行与处理的基本系统功能，创新了设计平板电脑的技术思路。在IOS 的系统模式下，各类业务数据可以被集成处理，并且缩小了平板电脑的体积。目前受到青年消费者群体青睐的华为、三星以及小米平板电脑系列产品已经迅速得到推广。具体来讲，市场上现有的平板电脑主要包含3 类核心处理系统。

1.1 iOS的平板电脑操作系统

作为闭源操作的典型平板电脑系统种类来说，iOS 系列产品的系统操作界面非常美观、简洁，有助于应用程序品质的提升，丰富了用户的使用体验。目前，iPhone 以及iPad 的多数产品都来自于苹果公司，赢得较多用户群体的青睐。

1.2 Windows类型的平板电脑系统

诞生于微软公司的Windows 类型平板电脑系统包含多种不同的平板电脑型号，其中典型的是Surface 类型的平板电脑。从系统运行模式的角度来讲，Windows 类型的PC 操作系统以及平板电脑具有十分相似的系统功能，因此多数用户对此感觉到非常熟悉，而且可以做到快速熟练平板电脑的主要运行模式，有助于消除平板电脑用户在面对全新电子产品时的陌生感。

1.3 Android平板电脑系统

Android 系统可以用于开源操作系统，该类平板电脑目前已经被推广到各类企事业单位以及个人用户的日常业务操作领域，体现了较好的电脑系统运行实效，加快了业务处理的速率。在Android 平板电脑的主体系统中，系统硬件产品具备优良的硬件安全性能，可以达到较长的硬件运行年限。例如对于小米以及三星公司主营的平板电脑类型产品来说，上述产品都是由Android 核心系统组成的。

2 硬件系统的工作原理与相关设计

从系统硬件构成的角度来说，平板电脑系统主要包括应用处理器、数据存储模块、显示屏组件、系统触控模块、Wi-Fi&BT 模块、无线定位模块、系统音频模块、系统电池以及充电控制模块等。除此以外，平板电脑还包括输入设备与传感器，例如光感部件、摄像头与距离感应装置等。具体来说，现阶段的平板电脑系统主要包含3 个系统硬件设计要点。

2.1 传感器的基本工作原理

距离传感器以及环境光的传感器都是平板电脑传感器系统的核心构成部分，平板电脑可以借助传感器来实现对背景光线的感知功能，结合空间光线强度来自动调节系统，带给平板电脑用户全新的光感体验。具体在对背光亮度进行调整的环节中，系统必须借助LCD 的自动调控芯片，该芯片可以明显减少平板电脑功耗，达到产品节能效果。

技术人员对于位移传感器可以运用于实现距离传感的功能，并且对于外界的各种物理变化量也能做到自动进行感知与处理。在系统检测元件的辅助下，经过换算处理，可以得到精准程度较高的距离变化幅度数据，借助传感器来判断物体位移以及物体间隔距离。在设计传感器模组的过程中，主要涉及距离传感器与环境光传感器的集成处理。经过全面的系统封装操作后，能够形成传感器的完整系统模组，使传感器模组能随时感知周边物体遮挡光线的角度以及距离[1]。例如CAPELLA 公司的CM36771 光电传感器，CM36771 集成了一个高灵敏度的长距离接近传感器（PS）、环境光传感器（ALS）和940 nm 的红外LED 到一个小的封装。16 位高分辨率ALS 提供了优秀的传感能力，无论是黑暗或高透明度的镜头设计，足以满足大多数应用。CM36771提供独立可编程的高和低阈值中断功能，优化微控制器资源，体现了传感系统元件的节能优势。

2.2 硬件方案与物理设计

系统硬件设计的侧重点在于合理布置平板电脑的内部运行线路，系统设计人员必须结合物理设计的基本要点。在选择与确定电路运行模式的过程中，关键就是要结合现有的硬件布置方案，确保平板电脑的内部线路满足安全运行的目标。为了实现用户体验全面优化的目标，系统设计人员就必须对系统物理设计模式进行优化调整，丰富用户的感官体验以及视觉体验，增强用户针对平板电脑系列产品的满意程度。

具体针对产品物理设计来讲，基本要点应当包括面板部位的开孔体积、喷涂触控面板表层油漆的深度与颜色，此外还要重视传感器的绕射光线遮挡。通常来讲，对油墨层进行喷涂处理的过程中，应当结合面板边框的尺寸体积来进行灵活选择，运用一体化的系统设计思路来美化平板电脑的整体外观。因此，设计人员不一定要选择深色油墨，而是应当在确保平板电脑良好运行功能的前提下，灵活确定油墨喷涂层的厚度与油墨颜色的搭配。

平板电脑的传感器元件会吸收外界的光线，因此必须通过设计面板部位的透光小孔来阻隔过多的外界光线射入，防止过多的光线影响传感器元件的正常运行。在安装平板电脑的整机过程中，通常会产生特定的安装操作误差，因此应当合理选择开孔的部位，并且还要确保对准传感器。经过综合的设计考虑，系统设计人员应当避开系统设计中的死区，灵活确定开孔光线接收以及光线发射角度。

图1 为隔离光线的硅胶套

2.3 实现产品设计

平板电脑的系列产品组件在出厂环节中，只有经过了完整的系统电路运行调试，才能保证实现最佳的产品安全运行功能。因此在实现平板电脑产品功能的过程中，重点在于全面调试系统模组电路，确保模组电路具有优良的电路运行功能。

系统设计人员在对电路物理结构在进行全面优化设计时，关键就是要牢固焊接系统主板的部件，然后经过配套测试才能保证模组电路达到最大化的电路安全运行功能。系统设计人员在完成模组实物主板搭接处理的基础上，硅胶套应当添加在适当的系统结构部位，优化系统建模的实施思路，如图1 所示。

在某些特殊情况下，传感器部件容易表现出内部运行数据增多的现象，该现象的产生根源在于传感接收装置进入了反射的红外光，因此能够表明外界物体已经靠近了电脑运行系统，因此系统CPU 对于反射光线的距离数据应当进行精确计算，然后完成信息反馈的相关处理。实际上，红外反射光能够透过机械空隙以及面板的触控玻璃层，这样将会产生数据接收环节中的某些误差，进而形成了光线绕射的现象。

为了保证平板电脑系统以及外界物体的间隔距离能够被精确计算，系统设计人员必须运用合理的方式来隔离玻璃层以及传感器元件的空隙部位，避免上述2 个部位的反射红外光线产生相互干扰。例如，系统设计人员可以选择将硅胶套覆盖在玻璃面板的附近区域，从而达到阻隔外界光线的效果。通过运用上述的系统优化设计方式，就可以充分保证模组传感线路具备最佳的外界光源感知效果。

3 结语

经过分析可见，平板电脑系统不能缺少模组电路。技术人员通过对电脑内部的模组电路进行合理的线路运行设计，可以实现平板电脑的距离传感功能以及环境光感功能，增强系统运行的安全支撑与保障，不断完善平板电脑用户的系统功能体验。