小体积红外接近/环境光传感器实现扫地机器人的碰撞保护

随着技术的进步以及人们对生活水平的追求越来越高，智能家居的发展日新月异，而扫地机器人就是重要的一员。它不仅是人们生活的重要帮手，更能给使用者带来快乐的使用体验。也正因为如此，扫地机器人的市场规模正迅猛增加！

在扫地工作中，为了保护扫地机器人本身和家具在清扫时不受到损害，市场上的扫地机器人都带有防碰撞功能。目前可实现防碰撞功能的技术有以下几种：超声波仿生探测技术、红外距离感应技术、防撞杆设计，这几种技术各有其优点。其中，红外距离感应技术以其小体积、低功耗、低成本、设计灵活、功能丰富，在扫地机器人的防碰撞应用中占有非常大的比例。而在这种应用中，世强代理的美国Silicon Labs，作为世界精密混合信号器件供应商，其推出的红外接近传感器Si1141，以其优异的性能，正得到广泛的应用。

Si1141简介：

图1：世强代理的SI1141内部结构图

Si1141是基于反射的低功率红外线接近和环境光传感器，带有 I2C 数字接口，并具有可编程门限中断事件输出。如图1，该传感器包括模拟到数字转换器、集成高灵敏度可见和红外线光电二极管 、数字信号处理器和一个具有十五种可选驱动电平的集成红外线 LED 驱动器。Si1141在广泛的动态范围和包括阳光直射在内的各种光源下，可提供优异性能。Si1141还可以在深色玻璃盖下工作。光电二极管响应和关联的数字转换电路对人造光闪烁噪声和自然光颤动噪声具有优异的抗扰性。

图2：世强代理的Si1141引脚定义图

Si1141在扫地机器人防撞应用中的优势：

Ø 感测距离性能优异：可感测0~50CM范围内的物体；

Ø 设计简单、灵活、易用：如图3，应用电路简单，成本低廉。通过IIC口连接，操作方便。

另外还带可编程门限的中断事件输出功能，更给设计带来诸多方便；

Ø 成本低：Si1141本身价格不高，外围电路简单，因此，至使整个方案成本；

Ø 体积小：Si1141元件电路结构简单，因此体积仅2*2MM，发射管可以用小体积的M3的IR-LED；

Ø 功耗低：Si1141采用的是脉冲驱动技术，平均工作电流仅9uA，待机电流更低至500nA。

另外，Si1141还具备环境光检测功能，而且检测环境光范围宽，100mlk--128klx；17位的分辨率，精度很高，此功能可以给扫地机器人带来其他的功能亮点！

图3：世强代理的SI1141基本应用原理图

Si1141在光路设计上要注意的问题：

在扫地机器人防碰撞设计中，主要检测的是近距离的物体，因此，在Si1141红外接近传感光路上，需要注意的是：

1）  不能让红外LED发射的红外线直接照射到Si1141上；

2）  不能让红外LED发射的红外线经“盖子”反射到Si1141上；

3）  不能让红外LED发射的红外线经“盖子”先折射、再反射到Si1141上；

因此，为稳妥器件，推荐用图4 的（c）光学结构模式，可有效避免这种自带的光干扰。在此，需要强调的是，Si1141对环境光具有一定抗干扰能力。

图4：光学结构模式

下面把Si1141的其他特点优势，及其典型应用也罗列于此以供大家对这款芯片进行深入的了解。

※ Si1141在集成的红外接近检测器上，所体现的特性：

·  一个独立LED驱动器

·  每个LED驱动器的15 mA电流设置从6 mA到416 mA

·  25.6μs LED驱动器脉冲宽度

·  500 mm接近范围，单脉冲（<2.5 kLx）

·  150 mm接近范围，单脉冲（> 2.5 kLx）

·  可在阳光直射下操作

·  最小反射灵敏度<1μW/ cm2

·  无屏蔽封装的高抗EMI性能

※ Si1141在集成的环境光传感器上，所体现的特性：

·  1到128 kLx动态范围

·  17位分辨率

·  使用IR校正软件可以得到标准光源的精确勒克斯测量值

·  红外校正能力

·  优异的紫外线抑制

·  25.6μs测量周期保持总功耗占空比低，而不会影响性能或噪声抗扰度

※ 业界最低功耗

·  1.8至3.6 V电源电压

·  9.7μA平均直流电流汲取

·  假设单个PS通道，ALS可见+ ALS IR每800ms，传感器和内部电路的平均电流为3μA，和6.7μA外部LED的平均电流（假设209 mA为25.6μs每800 ms）

·  掉电时<20 nA

·  <500 nA待机电流

·  内部和外部唤醒支持

·  内置电压监控器和上电复位控制器

※ 串行通信

·  SMBus（I2C兼容），高达3.4 Mbps数据速率

·  从模式硬件地址识别

※ 小外形10引脚2x2 mm QFN封装

※ 温度范围：-40至+85°C

世强代理的Si1141其他典型应用：

·  手机

·  心率监控

·  脉搏血氧计

·  可穿戴

·  阀门控制

·  烟雾探测器

·  非接触开关

·  非接触滑动器

·  消费类电子设备

·  工业自动化

·  显示屏背光控制

·  光中断器