小體積紅外接近/環(huán)境光傳感器實現(xiàn)掃地機器人的碰撞保護
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隨著技術的進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。也正因為如此，掃地機器人的市場規(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，為了保護掃地機器人本身和家具在清掃時不受到損害，市場上的掃地機器人都帶有防碰撞功能。目前可實現(xiàn)防碰撞功能的技術有以下幾種：超聲波仿生探測技術、紅外距離感應技術、防撞桿設計，這幾種技術各有其優(yōu)點。其中，紅外距離感應技術以其小體積、低功耗、低成本、設計靈活、功能豐富，在掃地機器人的防碰撞應用中占有非常大的比例。而在這種應用中，世強代理的美國Silicon Labs，作為世界精密混合信號器件供應商，其推出的紅外接近傳感器Si1141，以其優(yōu)異的性能，正得到廣泛的應用。
Si1141簡介：
圖1：世強代理的SI1141內部結構圖
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具有十五種可選驅動電平的集成紅外線 LED 驅動器。Si1141在廣泛的動態(tài)范圍和包括陽光直射在內的各種光源下，可提供優(yōu)異性能。Si1141還可以在深色玻璃蓋下工作。光電二極管響應和關聯(lián)的數(shù)字轉換電路對人造光閃爍噪聲和自然光顫動噪聲具有優(yōu)異的抗擾性。
圖2：世強代理的Si1141引腳定義圖
Si1141在掃地機器人防撞應用中的優(yōu)勢：
? 感測距離性能優(yōu)異：可感測0~50CM范圍內的物體;
? 設計簡單、靈活、易用：如圖3，應用電路簡單，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，更給設計帶來諸多方便;
? 成本低：Si1141本身價格不高，外圍電路簡單，因此，至使整個方案成本;
? 體積?。篠i1141元件電路結構簡單，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采用的是脈沖驅動技術，平均工作電流僅9uA，待機電流更低至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器人帶來其他的功能亮點!
圖3：世強代理的SI1141基本應用原理圖
Si1141在光路設計上要注意的問題：
在掃地機器人防碰撞設計中，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)光學結構模式，可有效避免這種自帶的光干擾。在此，需要強調的是，Si1141對環(huán)境光具有一定抗干擾能力。
圖4：光學結構模式
下面把Si1141的其他特點優(yōu)勢，及其典型應用也羅列于此以供大家對這款芯片進行深入的了解。
? Si1141在集成的紅外接近檢測器上，所體現(xiàn)的特性：
? 一個獨立LED驅動器
? 每個LED驅動器的15 mA電流設置從6 mA到416 mA
? 25.6μs LED驅動器脈沖寬度
? 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動態(tài)范圍
? 17位分辨率
? 使用IR校正軟件可以得到標準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
? 假設單個PS通道，ALS可見+ ALS IR每800ms，傳感器和內部電路的平均電流為3μA，
和6.7μA外部LED的平均電流(假設209 mA為25.6μs每800 ms)
? 掉電時<20 nA
? <500 nA待機電流
? 內部和外部喚醒支持
? 內置電壓監(jiān)控器和上電復位控制器
? 串行通信
? SMBus(I2C兼容)，高達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
世強代理的Si1141其他典型應用：
? 手機
? 心率監(jiān)控
? 脈搏血氧計
? 可穿戴
? 閥門控制
? 煙霧探測器
? 非接觸開關
? 非接觸滑動器
? 消費類電子設備
? 工業(yè)自動化
? 顯示屏背光控制
? 光中斷器
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