小體積紅外接近/環境光傳感器實現掃地機器人的碰撞保護

　　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模正迅猛增加!

　　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境光傳感器，帶有 I2C 數字接口，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字轉換器、集成高靈敏度可見和紅外線光電二極管 、數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在廣泛的動態范圍和包括陽光直射在內的各種光源下，可提供優異性能。Si1141還可以在深色玻璃蓋下工作。光電二極管響應和關聯的數字轉換電路對人造光閃爍噪聲和自然光顫動噪聲具有優異的抗擾性。

　　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勢：

　　? 感測距離性能優異：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;

　　? 體積小：Si1141元件電路結構簡單，因此體積僅2*2MM，發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還具備環境光檢測功能，而且檢測環境光范圍寬，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發射的紅外線直接照射到Si1141上;

　　2) 不能讓紅外LED發射的紅外線經“蓋子”反射到Si1141上;

　　3) 不能讓紅外LED發射的紅外線經“蓋子”先折射、再反射到Si1141上;

　　因此，為穩妥器件，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在集成的環境光傳感器上，所體現的特性：

　　? 1到128 kLx動態范圍

　　? 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

　　? 內置電壓監控器和上電復位控制器

　　? 串行通信

　　? SMBus(I2C兼容)，高達3.4 Mbps數據速率

　　? 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

　　? 工業自動化

　　? 顯示屏背光控制

　　? 光中斷器