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(duì)生活水平的追求越來(lái)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(lái)快樂(lè)的使用體驗(yàn)。也正因?yàn)槿绱?，掃地機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模正迅猛增加!

　　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(chǎng)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(cè)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(guó)Silicon Labs，作為世界精密混合信號(hào)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(jiǎn)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(jiàn)和紅外線光電二極管 、數(shù)字信號(hào)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(yáng)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(duì)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(shì)：

　　? 感測(cè)距離性能優(yōu)異：可感測(cè)0~50CM范圍內(nèi)的物體;

　　? 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活、易用：如圖3，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，成本低廉。通過(guò)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(lái)諸多方便;

　　? 成本低：Si1141本身價(jià)格不高，外圍電路簡(jiǎn)單，因此，至使整個(gè)方案成本;

　　? 體積小：Si1141元件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)功能，而且檢測(cè)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(lái)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(wèn)題：

　　在掃地機(jī)器人防碰撞設(shè)計(jì)中，主要檢測(cè)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(duì)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(shì)，及其典型應(yīng)用也羅列于此以供大家對(duì)這款芯片進(jìn)行深入的了解。

　　? Si1141在集成的紅外接近檢測(cè)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(yáng)光直射下操作

　　? 最小反射靈敏度<1μW/ cm2

　　? 無(wú)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(cè)量值

　　? 紅外校正能力

　　? 優(yōu)異的紫外線抑制

　　? 25.6μs測(cè)量周期保持總功耗占空比低，而不會(huì)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(jiàn)+ 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(shí)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(cè)器

　　? 非接觸開(kāi)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