高抗干扰性接近传感器减少感应误报漏报

时间： 2019-09-05 来源：Silicon Labs（世强翻译）

技术问答

通常，厕所应用是在室内工作，典型的是在CFL光下面工作。然而，当设备靠近窗户时，它通常是暴露在阳光直射的环境下。因此，可以在不同的光源下操作这种灵活性对一个稳定的产品来说是非常关键的，其可以提供终端产品的差异化。

厕所应用分为以下几种类型：

• 厕所冲洗器

• 厕所水龙头

• 肥皂分发器

由于电源插头通常不会出现在冲洗器、水龙头、肥皂分发等设备的附近，它们通常都是电池供电。厕所冲洗器通常是检测人的身体，而水龙头与肥皂分发器是检测人的手。所有的这些应用都是类似接近检测再产生一个执行动作，如驱动电机动作。

1）厕所冲洗器

厕所冲洗器通常是侧安装或顶部安装。机械结构决定了irLED封装的选择。透镜通常用作直射光线从irLED到目标物体或折射光线从目标物体再到IR Sensor。顶部安装冲洗器的优势在于人身是PCB面板的正前面，然面在侧安装方式中，人体是偏到一侧，它将需要一个特殊的光学器件去直射到人体或从人体反射回来。

顶部安装（左）与侧安装（右）冲洗器

图1：顶部安装（左）与侧安装（右）冲洗器

顶部安装的冲洗器要求PCB垂直主板，然而侧安装的冲洗器可能需要一个光学器件直接安装在主板上面。图2显示了两个冲洗器典型的主板与光学PCB板的分块。

顶安装（左）与侧安装（右）冲洗器PCB放置

图2：顶安装（左）与侧安装（右）冲洗器PCB放置

一个典型的厕所冲洗器的框图显示在图5。这个框图使用Si1141与C8051F9XX系列MCU来实现，如图6。C8051F9XX系列MCU有一个内部的20MHz晶振，不需要再使用外部晶振。由于Si114x有内部的DSP，它还是需要内部时钟源。

顶部安装的冲洗器通常有一个前置放大器在光学PCB上，由于从分立的光敏器件到主板上的MCU之间会有一个连接器。结合Si1143与C8051F9XX系列MCU的使用，由于通信采用纯数字接口，结果保存在内部的ROM中，它提供了一个非常好的独立系统。C8051F9XX系列MCU内部有电压调节器，能够直接通过2节电池供电。

2）厕所水龙头

感应水龙头通常是在普通水龙头上增加接近传感器。一些水龙头还在侧边增加接近检测来选择热水或冷水。

接近检测水龙头设计检测人的手在10cm之内。由于结构的约束，感应水龙头和肥皂分配器使用光采集或光管道传递光，从光器件到主控MCU或从主控MCU到光器件。

图3左为感应水龙头的通用框图。图3右是使用C8051F9XX与Si1141产品的框图。

带温度控制的水龙头（左）与仅接近检测的水龙头（右）

图3：带温度控制的水龙头（左）与仅接近检测的水龙头（右）

Si1141的灵活性在这些系统的应用中体现的淋漓尽致。由于Si1141的irLED驱动电流与ADC灵敏度地设置，使得设计者在结构与光系统已经定好的情况下还可以很容易的调整电子系统的性能。

3）厕所肥皂分发器

感应肥皂分发器分接近检测为前面或下面两种。在这两种情况，接近检测相对于感应水龙头的应用，是短距离检测。通常肥皂分发器是将控制器与光器件都集成在一块PCB上。

在图4左是通用肥皂分发器框图，图4右也描述一个类似的肥皂分发器，使用的是C8051F9XX与Si1141。结构设计仍是最大的区别。

图4：朝前肥皂分发器（左）与朝下肥皂分发器（右）

4）厕所系统主要的框图

通常，厕所系统框图如图5。不同系统的本质差别在于接近检测的范围。在这些系统中，物体的尺寸与距离导致的差别是非常明显的。图6显示了一个同类型的系统，使用的是C8051F9XX与Si1141。

图5：普通厕所系统框图

图6：使用C8051F9XX与Si1141的厕所系统框图

5）电源消耗

irLED的电流会被实时测量。通过周期性的检测irLED的电流脉冲，可知是否有物体接近。大部分的系统，irLED实时电流由多个脉冲组成。结合C8051F9XX与Si114X一起应用，在没有人接近时，该器件只需非常低的电流消耗。因为Si114x可以设置成反射强度达到某一个级别才将MCU从睡眠模式下唤醒。

在厕所的应用中，结合C8051F9xx与Si114x一起使用能够提供一个非常好的能耗节省。Si114x的高ADC灵敏度与灵活的电流驱动能力可以非常灵活的适应同一个硬件平台的不同系统。Si114x包含有一个环境光传感器。这允许检测高亮度等级的IR环境光，并能根据环境光的强度来改变ADC与irLED电流参数到适合环境光的条件。由于快速的单脉冲采样，Si114x还有一个优秀的抗噪能力。C8051F9xx是一款高性能、低功耗的8位MCU。睡眠电流可达1.2uA。Si114x使用25.6us单脉冲、高灵敏度ADC来最小化系统电流。

Si114x与C8051F9xx能够在1.8V到3.6V之间工作。由于两个器件都可以直接在电池下供电，因此系统不需要其它的调压器。另外两个器件都不需要外部的晶振。

Si114x与C8051F9xx是非常适合在厕所这类的应用。

图7：典型的厕所应用功耗

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