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[導(dǎo)讀]紅外接近感應(yīng)是一種非接觸式手勢接近滾軸技術(shù),能使電子裝置快速感測到使用者的接近,讓使用者無需實際觸摸,只要利用簡單的手勢便能操縱。在消費電子產(chǎn)品中,該技術(shù)也越來越為人們所接受,可以應(yīng)用于許多設(shè)備,如手

紅外接近感應(yīng)是一種非接觸式手勢接近滾軸技術(shù),能使電子裝置快速感測到使用者的接近,讓使用者無需實際觸摸,只要利用簡單的手勢便能操縱。在消費電子產(chǎn)品中,該技術(shù)也越來越為人們所接受,可以應(yīng)用于許多設(shè)備,如手機,計算機和其他家用電子產(chǎn)品。但是目前市場上大多數(shù)的接近傳感器探測的距離較短,一般只能達到1~10cm,而紅外線LED主要是屬于長時間的多脈沖模式發(fā)射紅外線,導(dǎo)致功耗相當(dāng)大,且造成了很大程度上的浪費。
高效能模擬與混合信號IC創(chuàng)新廠商Silicon Laboratories((芯科實驗室有限公司,簡稱Silicon Labs))特別推出的Si1102 和 Si1120是目前業(yè)界最靈敏的紅外接近傳感器,其在遠距探測和低功耗方面表現(xiàn)的尤為出色。
一、 Silicon Labs公司的紅外接近傳感系列
Si1102和Si1120 紅外接近傳感器主要由一個紅外LED驅(qū)動器,紅外線光電二極管,一個環(huán)境光傳感器(僅Si1120具有)和控制邏輯IC組成,外部的發(fā)射LED可以根據(jù)用戶的需要靈活安裝和配置。如圖1所示。


 
圖1
工作原理:
 1、Si1102紅外接近傳感器


 
圖2  Si1102的內(nèi)部框圖
Si1102是一個可獨立工作的紅外接近傳感器,能驅(qū)動單個紅外LED。LED發(fā)射的紅外線經(jīng)過接近物體反射到達內(nèi)置的紅外線光電二極管被接收,然后經(jīng)過信號的放大并進行信號處理,最后通過與一個設(shè)定的探測門限值比較輸出一個相應(yīng)邏輯電平,如果測量的結(jié)果高于這個門限值則從PRX口輸出一個低電平。利用這種電平信號的輸出可以用來作為其他工作的驅(qū)動或者是做MCU的中斷輸入,進而實現(xiàn)近距探測功能。
比如在顯示器應(yīng)用上,Si1102紅外線接近傳感器能在使用者不在現(xiàn)場時輕易關(guān)閉顯示器及其他功能,已達到省電的功能。此省電功能特別適用于家電用品、安全設(shè)備及手持類電子產(chǎn)品,同時也可以應(yīng)用在一些紅外探測器上。

 
圖3  Si1102的應(yīng)用原理圖

 2、Si1120紅外接近傳感器
與Si1102不同的是,Si1120工作需要一個主MCU(微控制器)控制,另外增加了一個環(huán)境光傳感器,除了可以接收紅外線外還能對環(huán)境光信號進行采樣,最后輸出一個已調(diào)脈寬的脈沖信號,傳送給MCU(微控制器)處理后,實現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。Silicon Labs的MCU(微控制器)可以提供PCA(可編程計數(shù)器陣列)從而可以更簡單地測出輸出脈寬,脈寬與反射光強的測量值成正比例,與距離的平方成反比,由此可以判斷對方物體距離的遠近。Si1120可以支持多個LED的驅(qū)動,用戶可以根據(jù)需要方便的配置多個LED以增大探測范圍。另外,在MCU的控制下可以實現(xiàn)更多高檔次的功能,例如手機應(yīng)用程序可能會允許用戶在手機前晃動一下手指來進行文件翻頁。

 
圖4  Si1120的內(nèi)部框圖

 
圖5  Si1120的應(yīng)用原理圖

二、 Si1102 和 Si1120 紅外接近傳感器的優(yōu)勢

在消費產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用中,Si1102 和 Si1120 紅外接近傳感器具備了人們極為關(guān)注的兩大特點:
1. 低功耗
不像競爭方案的紅外線LED必須長時間進行多次脈沖以達到精確的測量,Si1102/20紅外接近傳感系列使用專利的單一脈沖接近測量技術(shù)(如圖6所示),在電源效率上可達到4000倍的改善,電池壽命得以延長。
另外在當(dāng)物體接近距離非常小或者在探測范圍外(不工作時)可自動進入低功耗模式,低功耗模式下的典型功耗只有0.1uA,而這正是便攜式應(yīng)用的關(guān)鍵特性。
 
圖6 Silicon Labs與競爭對手LED工作方式的對比
2. 高靈敏度
所有的 LED 都有一個特定的視角,一個窄視角LED 意味著發(fā)出的能量更加集中,比寬視角LED 照射的更遠。這意味著使用窄視角IR LED 將在窄檢測區(qū)域中形成更遠的檢測范圍,如圖7所示。
 
圖7 窄視角和寬視角IR LED 的差異
Si1102/20紅外接近傳感器能探測到的接近范圍可達50cm,如果選擇一個合適窄角的透鏡和一個紅外線濾波器配合使用,讓紅外線LED的發(fā)射半角足夠小而使發(fā)射光束充分匯聚或者發(fā)射功率足夠大時,接近范圍可擴大到1m。那么此應(yīng)用不僅僅只局限于手機等手持電子產(chǎn)品,更可廣泛用于一些安全探測設(shè)備或大屏幕的儀器設(shè)備上。
下面是關(guān)于Silicon Labs 的紅外接近傳感器與競爭對手在一些性能上的對比:
 

三、Silicon Labs就Si1102和Si1120推出的兩款DEMO板

Si1120 紅外接近傳感器演示板,這款USB供電的開發(fā)板由一顆做主控的超低功耗的Silicon Labs C8051F930 MCU, 結(jié)合一顆Si1120傳感器,兩個紅外LEDS和8顆發(fā)光LED燈組成。當(dāng)有接近的物體從左到右劃過或者從右到左劃過時,從8個LED燈上可以體現(xiàn)發(fā)光跟蹤和二維方向的動態(tài)檢測功能。同時此演示板還可在QuickSense Studio 開發(fā)環(huán)境下通過一個強大的性能分析工具實現(xiàn)對這種獨特的開發(fā)板進行實時的反射監(jiān)控(如圖8)。

 
圖8
Si1102迷你型接近傳感器演示板,如圖9所示,該演示板帶有一個Si1102 紅外接近傳感器,可以提供一個簡單的紅外接近演示。通過設(shè)定Si1102的輸出閥值控制一個紅外二極管的發(fā)送,當(dāng)感應(yīng)到物體的靠近時,點亮發(fā)光二極管以測試設(shè)備的高靈敏度和檢測范圍。 
 
圖9
Silicon Labs 推出的Si1120和Si1102等紅外接近感應(yīng)系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種消費類電子產(chǎn)品,例如,手機、復(fù)印件、掃描儀以及衛(wèi)生產(chǎn)品等等。。。。。。,同時在也可廣泛應(yīng)用于如觸空面板、機器保險裝置、安全系統(tǒng)、自動提款機等工業(yè)領(lǐng)域。
世強電訊是Silicon Labs在國內(nèi)重要的代理商,同時可以提供相應(yīng)DEMO板以及配套完整可行的軟件、資料和技術(shù)支持。

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