小體積紅外接近/環(huán)境光傳感器實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人的碰撞保護(hù)
隨著技術(shù)的進(jìn)步以及人們對生活水平的追求越來越高,智能家居的發(fā)展日新月異,而掃地機(jī)器人就是重要的一員。它不僅是人們生活的重要幫手,更能給使用者帶來快樂的使用體驗(yàn)。也正因?yàn)槿绱耍瑨叩貦C(jī)器人的市場規(guī)模正迅猛增加!
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/342013.htm在掃地工作中,為了保護(hù)掃地機(jī)器人本身和家具在清掃時(shí)不受到損害,市場上的掃地機(jī)器人都帶有防碰撞功能。目前可實(shí)現(xiàn)防碰撞功能的技術(shù)有以下幾種:超聲波仿生探測技術(shù)、紅外距離感應(yīng)技術(shù)、防撞桿設(shè)計(jì),這幾種技術(shù)各有其優(yōu)點(diǎn)。其中,紅外距離感應(yīng)技術(shù)以其小體積、低功耗、低成本、設(shè)計(jì)靈活、功能豐富,在掃地機(jī)器人的防碰撞應(yīng)用中占有非常大的比例。而在這種應(yīng)用中,世強(qiáng)代理的美國Silicon Labs,作為世界精密混合信號器件供應(yīng)商,其推出的紅外接近傳感器Si1141,以其優(yōu)異的性能,正得到廣泛的應(yīng)用。
Si1141簡介:
圖1:世強(qiáng)代理的SI1141內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
Si1141是基于反射的低功率紅外線接近和環(huán)境光傳感器,帶有 I2C 數(shù)字接口,并具有可編程門限中斷事件輸出。如圖1,該傳感器包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、集成高靈敏度可見和紅外線光電二極管 、數(shù)字信號處理器和一個(gè)具有十五種可選驅(qū)動(dòng)電平的集成紅外線 LED 驅(qū)動(dòng)器。Si1141在廣泛的動(dòng)態(tài)范圍和包括陽光直射在內(nèi)的各種光源下,可提供優(yōu)異性能。Si1141還可以在深色玻璃蓋下工作。光電二極管響應(yīng)和關(guān)聯(lián)的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路對人造光閃爍噪聲和自然光顫動(dòng)噪聲具有優(yōu)異的抗擾性。
圖2:世強(qiáng)代理的Si1141引腳定義圖
Si1141在掃地機(jī)器人防撞應(yīng)用中的優(yōu)勢:
? 感測距離性能優(yōu)異:可感測0~50CM范圍內(nèi)的物體;
? 設(shè)計(jì)簡單、靈活、易用:如圖3,應(yīng)用電路簡單,成本低廉。通過IIC口連接,操作方便。
另外還帶可編程門限的中斷事件輸出功能,更給設(shè)計(jì)帶來諸多方便;
? 成本低:Si1141本身價(jià)格不高,外圍電路簡單,因此,至使整個(gè)方案成本;
? 體積?。篠i1141元件電路結(jié)構(gòu)簡單,因此體積僅2*2MM,發(fā)射管可以用小體積的M3的IR-LED;
? 功耗低:Si1141采用的是脈沖驅(qū)動(dòng)技術(shù),平均工作電流僅9uA,待機(jī)電流更低至500nA。
另外,Si1141還具備環(huán)境光檢測功能,而且檢測環(huán)境光范圍寬,100mlk--128klx;17位的分辨率,精度很高,此功能可以給掃地機(jī)器人帶來其他的功能亮點(diǎn)!
圖3:世強(qiáng)代理的SI1141基本應(yīng)用原理圖
Si1141在光路設(shè)計(jì)上要注意的問題:
在掃地機(jī)器人防碰撞設(shè)計(jì)中,主要檢測的是近距離的物體,因此,在Si1141紅外接近傳感光路上,需要注意的是:
1) 不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線直接照射到Si1141上;
2) 不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線經(jīng)“蓋子”反射到Si1141上;
3) 不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線經(jīng)“蓋子”先折射、再反射到Si1141上;
因此,為穩(wěn)妥器件,推薦用圖4 的(c)光學(xué)結(jié)構(gòu)模式,可有效避免這種自帶的光干擾。在此,需要強(qiáng)調(diào)的是,Si1141對環(huán)境光具有一定抗干擾能力。
圖4:光學(xué)結(jié)構(gòu)模式
下面把Si1141的其他特點(diǎn)優(yōu)勢,及其典型應(yīng)用也羅列于此以供大家對這款芯片進(jìn)行深入的了解。
? Si1141在集成的紅外接近檢測器上,所體現(xiàn)的特性:
? 一個(gè)獨(dú)立LED驅(qū)動(dòng)器
? 每個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器的15 mA電流設(shè)置從6 mA到416 mA
? 25.6μs LED驅(qū)動(dòng)器脈沖寬度
? 500 mm接近范圍,單脈沖(<2.5 kLx)
? 150 mm接近范圍,單脈沖(> 2.5 kLx)
? 可在陽光直射下操作
? 最小反射靈敏度<1μW/ cm2
? 無屏蔽封裝的高抗EMI性能
? Si1141在集成的環(huán)境光傳感器上,所體現(xiàn)的特性:
? 1到128 kLx動(dòng)態(tài)范圍
? 17位分辨率
? 使用IR校正軟件可以得到標(biāo)準(zhǔn)光源的精確勒克斯測量值
? 紅外校正能力
? 優(yōu)異的紫外線抑制
? 25.6μs測量周期保持總功耗占空比低,而不會影響性能或噪聲抗擾度
? 業(yè)界最低功耗
? 1.8至3.6 V電源電壓
? 9.7μA平均直流電流汲取
? 假設(shè)單個(gè)PS通道,ALS可見+ ALS IR每800ms,傳感器和內(nèi)部電路的平均電流為3μA,
和6.7μA外部LED的平均電流(假設(shè)209 mA為25.6μs每800 ms)
? 掉電時(shí)<20 nA
? <500 nA待機(jī)電流
? 內(nèi)部和外部喚醒支持
? 內(nèi)置電壓監(jiān)控器和上電復(fù)位控制器
? 串行通信
? SMBus(I2C兼容),高達(dá)3.4 Mbps數(shù)據(jù)速率
? 從模式硬件地址識別
? 小外形10引腳2x2 mm QFN封裝
? 溫度范圍:-40至+85°C
世強(qiáng)代理的Si1141其他典型應(yīng)用:
? 手機(jī)
? 心率監(jiān)控
? 脈搏血氧計(jì)
? 可穿戴
? 閥門控制
? 煙霧探測器
? 非接觸開關(guān)
? 非接觸滑動(dòng)器
? 消費(fèi)類電子設(shè)備
? 工業(yè)自動(dòng)化
? 顯示屏背光控制
? 光中斷器
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