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紅外接近感應是一種非接觸式手勢接近滾軸技術(shù)，讓使用者無(wú)需實(shí)際觸摸，只要利用簡(jiǎn)單的手勢便能操縱,就能使電子裝置快速感測到使用者的接近。該技術(shù)也越來(lái)越多地應用于多種消費電子設備，如手機，計算機和其他家用電子產(chǎn)品。但目前市場(chǎng)上大多數的接近$傳感器$探測的距離較短，一般為1"10cm，而紅外線(xiàn)LED主要是屬于長(cháng)時(shí)間的多脈沖模式發(fā)射紅外線(xiàn)導致功耗相當大，且造成了很大程度上的浪費。 針對紅外接近傳感，美國的Silicon Laboratories（簡(jiǎn)稱(chēng)：Silicon Labs）公司在原來(lái)Si1120的基礎上又推出了一款Si1143的高靈敏紅外接近傳感器，不但在遠距探測和低功耗方面表現出色，同時(shí)還增加了SMBus的通信接口，帶三個(gè)LED驅動(dòng)，在應用上更具靈活性。 一、 Silicon Labs公司的紅外接近傳感系列 Si1143 紅外接近傳感器包括三個(gè)紅外LED驅動(dòng)器，紅外線(xiàn)光電二極管，一個(gè)環(huán)境光傳感器和控制邏輯IC組成，外部的發(fā)射LED可以根據用戶(hù)的需要靈活安裝和配置。如圖1所示。 工作原理 Si1143自帶三個(gè)紅外LED 驅動(dòng)，主控MCU可通過(guò)I2C接口對其進(jìn)行功能控制，當LED發(fā)射的紅外線(xiàn)經(jīng)過(guò)接近物體反射后被內置的紅外線(xiàn)光電二極管接收，然后進(jìn)行模擬數字轉換將光強信號轉換為數字信號，計算后的數值可與設定的門(mén)限值相比較，如果超過(guò)設定的門(mén)限值則從INT口輸出中斷信號給主MCU，通過(guò)相應的軟件實(shí)現具體操作功能。例如，手機應用程序可能會(huì )允許用戶(hù)在改變手指對手機的距離時(shí)實(shí)現地圖的縮放，或者是拖動(dòng)地圖等功能。 圖2 Si1143的內部框圖 圖3 Si1143的應用原理圖 二、 Si1143 紅外接近傳感器的優(yōu)勢 在消費產(chǎn)品領(lǐng)域應用中，與Si1120一樣，Si1143紅外接近傳感器具備了人們極為關(guān)注的兩大特點(diǎn)： 1. 低功耗 不像競爭方案的紅外線(xiàn)LED必須長(cháng)時(shí)間進(jìn)行多次脈沖以達到精確的測量，Si1143紅外接近傳感系列使用專(zhuān)利的單一脈沖接近測量技術(shù)（如圖4所示），在電源效率上可達到5000倍的改善，電池壽命得以延長(cháng)。 另外在當物體接近距離非常小或者在探測范圍外（不工作時(shí)）可自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式，低功耗模式下的典型功耗只有20nA，而這正是便攜式應用的關(guān)鍵特性。 圖4 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(gè)特定的視角，一個(gè)窄視角LED 意味著(zhù)發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED 照射的更遠。這意味著(zhù)使用窄視角IR LED 將在窄檢測區域中形成更遠的檢測范圍，如圖5所示。另外，Si1143的LED電流可以通過(guò)軟件設置在6.5mA到416mA之間的任意一個(gè)值，當在近距應用時(shí)適當的將LED發(fā)射功率調小可以節省電量消耗，同時(shí)，調大LED光功率則能夠更穩定的探測更遠距的物體，這樣在應用和能源的利用上更為靈活和合理。 圖5 窄視角和寬視角IR LED 的差異 Si1143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(gè)合適窄角的透鏡和一個(gè)紅外線(xiàn)濾波器配合使用，讓紅外線(xiàn)LED的發(fā)射半角足夠小而使發(fā)射光束充分匯聚。同時(shí)，紅外LED發(fā)射功率足夠大時(shí)，接近范圍最大可達到1m。那么此應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備或大屏幕的儀器設備上。 與Si1120不同的是，Si1143帶了三個(gè)LED驅動(dòng)，當連接多個(gè)紅外LED時(shí)，如果只有單個(gè)LED驅動(dòng)（如圖6所示），則需通過(guò)MCU來(lái)控制MOS管分時(shí)驅動(dòng)LED，而Si1143（如圖7所示）本身就已具備3個(gè)LED驅動(dòng)，所以可以直接連接到不同的LED 引腳，勿需再另加外圍器件,為硬件設計節省了成本。另外，Si1143采用?SMBus接口，可兼容I2C通訊，通用性更強，同時(shí)也方便軟件的設計。 圖6 圖7 Si1140系列紅外接近傳感器與競爭對手在一些性能上的對比（如圖8所示）： 圖8 綜上所述，Silicon Labs 推出的Si1143紅外接近感應系列產(chǎn)品可廣泛應用于各種消費類(lèi)電子產(chǎn)品，例如，手機、復印件、掃描儀以及衛生產(chǎn)品等等；同時(shí)在也可廣泛應用于如觸空面板、機器保險裝置、安全系統、自動(dòng)提款機等工業(yè)領(lǐng)域。 世強電訊是Silicon Labs大中國區授權代理商，可以針對該系列產(chǎn)品及相關(guān)應用提供相應的DEMO板以及配套完整可行的軟件、資料和技術(shù)支持。 |
