紅外接近感應的軟件處理方法

國光電器股份有限公司技術部 容 南

本文介紹一種I2C控制紅外感應器件Si1141在具體項目工程上的應用，并討論了幾種紅外接近感應的軟件實現方法，具有一定的通用性。

紅外接近感應技術在一些高端的消費產品中時有應用：比如當用戶接近時設備自動打開播放，或是打開背光指引客戶操作。此技術的應用可以讓產品顯得高端上檔次，而增加的成本也不太多，在高端消費產品上應用越來越多。本文主要介紹用Si1141IC實現紅外接近的幾種軟件處理方法。

1 原理

Si1141是有源光學反射臨近探測器和環境光傳感器，其運行狀態可通過寄存器控制，這些寄存器可通過I2C接口使用。Mcu可以命令Si1141啟動按需臨近探測或環境光感應。另外Mcu還可以將Si1141置于自發運行狀態，在此狀態中，它按設定間隔執行測量，并在完成每次測量后或每當超過設定閾值時中斷Mcu。這可以使系統整體節電，允許Mcu控制器在休眠狀態下運行更長時間，而不輪詢Si1141。

Si1141的內部框圖大致如圖1所示。

系統應用的結構圖如圖2所示。

圖1 Si1141的內部框圖

圖2 系統應用的結構圖

圖3 示意圖

圖4 設計流程圖

如圖3所示，當目標物體沒有接近時，紅外發射管經過Overlay反射會進入Si114x，形成環境的光基準（BaseLine）；當目標接近時，目標物會反射紅外發射管的光進入到Si114x，從而使光感應的值有所變化，通過比較變化量來判斷是否有物體接近。圖3所示是示意圖：

2 幾種軟件實現方法及經驗

2.1 設計流程

在項目初期的設計過程中，由于沒有Si114x的使用經驗，Silicon Labs的大陸FAE工程師也沒有此類器件的應用經驗，完全靠自己摸索，初期階段我采用了如圖4所示的設計流程。

從流程圖看出，這個流程是很原始的，純粹是為了驗證對Si1141的控制和對光學采樣是否正常，在實際項目應用上是行不通的：因為產品在不同的光學環境下，光感應的經驗值是不同的。我們必須找到一個隨光學環境不同的參考值，這個參考值是隨環境變化而變化的，這樣在實際應用上才有意義，因此有了如下的第二種處理方法。

2.2 參考值是變動的程序流程

流程2相對流程1改善了很多，基本上在特定的環境下(例如室內環境...)是可以可靠工作的，事實上Marley批量生產時也是用的這種方法。在主程序循環中，第一次的光學取樣作為當前的基準值，第二次光學取樣值后與第一次相減，取絕對值，此絕對值與特定應用環境的閥值做比較，變化值大于閥值的，代表有目標物體接近。此方法經過試驗驗證，在特定的環境下工作是可行的（比如在室內應用...）。如圖5所示。

圖5 參考值是變動的程序流程圖

圖6 復雜環境紅外接近程序流程

但是，如果產品要適應各種環境(例如要能在室內，室外應用...)，方法2則存在缺陷：首先，在室外有強光照射的情況下，Si1141內部的采樣ADC有可能會溢出，在溢出的情況下光感應采樣值是無比較意義的，在溢出的情況下我們必須將Si1141內部的ADC進行重新設定，使其能在陽光直射下能正常工作。其二，由于采樣的ADC設定不同， 因此設定的閥值也是不同的，這個也是要考慮到的。基于此，我們改進得到流程3。

2.3 復雜環境紅外接近程序流程

和流程2相比，流程3多了Si1141內部ADC的處理，保證在室外陽光直射的情況下，ADC不會溢出而工作正常。而設定閥值也是和ADC的設置相關聯的。另外，流程圖3中只考慮了從室內移到室外的情況（類似從陰天到陽光強烈），還沒考慮從室外到室內的情況（類似陽光強烈到陰天）。如圖6所示。

必須說明的是流程3并沒有在項目中測試認證（當時項目設計只是特定在室內工作），流程3只是我們思考引申出來，還須在新項目測試認證和完善。