红外接近感应的软件处理方法

2021-06-29国光电器股份有限公司技术部

电子世界 2021年10期

国光电器股份有限公司技术部容南

本文介绍一种I2C控制红外感应器件Si1141在具体项目工程上的应用，并讨论了几种红外接近感应的软件实现方法，具有一定的通用性。

红外接近感应技术在一些高端的消费产品中时有应用：比如当用户接近时设备自动打开播放，或是打开背光指引客户操作。此技术的应用可以让产品显得高端上档次，而增加的成本也不太多，在高端消费产品上应用越来越多。本文主要介绍用Si1141IC实现红外接近的几种软件处理方法。

1 原理

Si1141是有源光学反射临近探测器和环境光传感器，其运行状态可通过寄存器控制，这些寄存器可通过I2C接口使用。Mcu可以命令Si1141启动按需临近探测或环境光感应。另外Mcu还可以将Si1141置于自发运行状态，在此状态中，它按设定间隔执行测量，并在完成每次测量后或每当超过设定阈值时中断Mcu。这可以使系统整体节电，允许Mcu控制器在休眠状态下运行更长时间，而不轮询Si1141。

Si1141的内部框图大致如图1所示。

系统应用的结构图如图2所示。

图1 Si1141的内部框图

图2 系统应用的结构图

图3 示意图

图4 设计流程图

如图3所示，当目标物体没有接近时，红外发射管经过Overlay反射会进入Si114x，形成环境的光基准（BaseLine）；当目标接近时，目标物会反射红外发射管的光进入到Si114x，从而使光感应的值有所变化，通过比较变化量来判断是否有物体接近。图3所示是示意图：

2 几种软件实现方法及经验

2.1 设计流程

在项目初期的设计过程中，由于没有Si114x的使用经验，Silicon Labs的大陆FAE工程师也没有此类器件的应用经验，完全靠自己摸索，初期阶段我采用了如图4所示的设计流程。

从流程图看出，这个流程是很原始的，纯粹是为了验证对Si1141的控制和对光学采样是否正常，在实际项目应用上是行不通的：因为产品在不同的光学环境下，光感应的经验值是不同的。我们必须找到一个随光学环境不同的参考值，这个参考值是随环境变化而变化的，这样在实际应用上才有意义，因此有了如下的第二种处理方法。

2.2 参考值是变动的程序流程

流程2相对流程1改善了很多，基本上在特定的环境下(例如室内环境...)是可以可靠工作的，事实上Marley批量生产时也是用的这种方法。在主程序循环中，第一次的光学取样作为当前的基准值，第二次光学取样值后与第一次相减，取绝对值，此绝对值与特定应用环境的阀值做比较，变化值大于阀值的，代表有目标物体接近。此方法经过试验验证，在特定的环境下工作是可行的（比如在室内应用...）。如图5所示。

图5 参考值是变动的程序流程图

图6 复杂环境红外接近程序流程

但是，如果产品要适应各种环境(例如要能在室内，室外应用...)，方法2则存在缺陷：首先，在室外有强光照射的情况下，Si1141内部的采样ADC有可能会溢出，在溢出的情况下光感应采样值是无比较意义的，在溢出的情况下我们必须将Si1141内部的ADC进行重新设定，使其能在阳光直射下能正常工作。其二，由于采样的ADC设定不同，因此设定的阀值也是不同的，这个也是要考虑到的。基于此，我们改进得到流程3。