Как контролировать освещенность, цвет, движение и приближение с помощью одного датчика? Использовать TMD4903 от ams!

| ams AG

Современные смартфоны способны подстраивать яркость изображения дисплея в зависимости от уровня освещенности и спектрального состава падающего света. Они также легко распознают жесты, определяют приближение и удаление рук человека. Не является для них проблемой и считывание штрих кодов. Со стороны, кажется, что для такого широкого спектра возможностей потребуется целая россыпь микросхем и сенсоров. Наверняка, раньше так и было, но теперь все кардинально меняется благодаря появлению многофункциональных датчиков. Датчик TMD4903 от ams реализует весь перечисленный функционал и даже имеет дополнительные возможности!

Применение бесконтактных технологий ams

Рис. 1. Применение бесконтактных технологий ams

Компания ams – один из лидеров в области создания самых разнообразных интегральных датчиков: от датчиков потока и движения, до RFID и химических сенсоров. Существуют в номенклатуре компании и многофункциональные датчики, например, TMD4903.

TMD4903 – миниатюрная микросхема, которая выполняет множество функций:

  • измерение уровня освещенности;
  • определение спектра падающего света;
  • распознавание 2D-жестов;
  • распознавание приближения объектов;
  • считывание штрих кодов;
  • управление внешним ИК диодом для создания пультов дистанционного управления и различных современных геймпадов.

Удивительно, что все эти датчики, функциональные блоки и оптика умещаются в миниатюрном 8-выводном корпусе 5x2x1 мм! Кроме того, TMD4903 отличается и сверхнизким потреблением: 150 мкА в активном режиме и 0,4 мкА в режиме сна.

Если учесть все вышесказанное, становится понятно, что область применения TMD4903 чрезвычайно широка: мобильные устройства (смартфоны, ноутбуки, планшеты), геймпады, пульты дистанционного управления, считыватели штрих кодов, торговые терминалы, медицинское оборудование, промышленная автоматика и т.д.

Структурная схема TMD4903 включает аналоговые и цифровые блоки, в том числе: цифровое ядро, цепи нормирования сигналов АЦП, светодиоды и фотодиоды (рис. 2).

Блок схема многофункционального датчика TMD4903 от ams

Рис. 2. Блок схема многофункционального датчика TMD4903 от ams

Рассмотрим подробно основные функции датчика.

Распознавание приближения объектов и распознавание жестов. Многие современные приложения (планшеты, смартфоны) имеют функцию бесконтактного управления: пользователю достаточно просто передвигать ладонь перед устройством. Примером этого является перелистывание страниц электронной книги или управление панорамированием цифровых камер смартфонов.

Для этих целей TMD4903 использует четыре фотодиода, инфракрасный светодиод, генератор импульсов, 14-битный АЦП.

Генератор формирует последовательность импульсов, которые подаются на светодиод. Пучки света отражаются от объектов (например, ладони пользователя) и фиксируются фотодиодами. Сигналы с фотодиодов нормируются, потом оцифровываются с помощью 14-битного АЦП и поступают в цифровое ядро для дальнейшей обработки.

Интересной особенностью TMD4903 является автоподстройка частоты опроса и подстройка чувствительности в зависимости от расстояния до объекта и его отражательной способности.

Так как в составе TMD4903 присутствует четыре фотодиода, то возможно распознавание любых двухмерных жестов. Кроме того специальный фирменный алгоритм от ams позволяет определять и расстояние до объекта, если он находится ближе 10 см от датчика.

Измеренные данные хранятся во встроенном буфере FIFO (32 слота данных), а внешний процессор вычитывает их с помощью I2C-интерфейса и может использовать, например, для бесконтактного управления уровнем громкости плейера.

Если же накопление не требуется, то возможно применение пары встроенных цифровых компараторов, которые служат для формирования прерываний. Один из них срабатывает, когда расстояние до объекта становится меньше заданного нижнего порога, а второй - когда значение превышает верхний порог. Такой алгоритм работы подойдет для создания бесконтактных кнопок.

Измерение освещенности и анализ спектра падающего света. Современные смартфоны способны корректировать яркость дисплея в зависимости от уровня освещенности. TMD4903 помогает легко реализовать эту функцию. Более того, он дает возможность процессору корректировать яркость в зависимости от RGB-спектра источника света!

Для этих целей на борту у TMD4903 имеются четыре фотодиода. Три из них используются для распознавания спектра и имеют узкий диапазон чувствительности (синий 465 нм, зеленый 525 нм, красный 615 нм). Еще один необходим для измерения освещенности вплоть до 100 кЛк в широком спектре 400…650 нм.

Для оцифровки сигналов с датчиков используется 16-битный АЦП. Время интегрирования при измерении освещенности задается пользователем и составляет 2,78…711,11 мс. Стоит отметить, что благодаря высокому разрешению и программируемому усилению удается добиться широкого динамического диапазона.

Для простого контроля за уровнем освещенности могут применяться встроенные цифровые компараторы с программируемыми порогами переключения.

Чтение штрих кодов. Функция чтения штрих кодов раньше применялась только в торговых терминалах, но сейчас появились портативные считыватели, более того, современные смартфоны также способны это делать.

TMD4903 для чтения штрих кодов использует программируемый генератор, модулирующий световой поток встроенного или дополнительного внешнего светодиода. Шаблон передаваемой последовательности импульсов хранится в ОЗУ емкостью 2048 бит. Испускаемый свет фиксируется внутренними фотодиодами.

Реализация инфракрасного канала пультов дистанционного управления (ПДУ). ПДУ с ИК-светодиодами давно стали стандартом для бытовой техники. DVD-проигрыватели, телевизоры, музыкальные центры – немыслимы без ПДУ.

TMD4903 способен реализовать любой протокол для ИК-канала. Для этого используется все тот же генератор импульсов, ОЗУ и внешний светодиод. Пользователю доступно управление не только последовательностью передаваемых комбинаций импульсов, но и их длительностью и несущей частотой.

Представленное многообразие функций выполняется единственным датчиком, а схема его включения максимально проста и содержит всего несколько пассивных компонентов, транзистор и светодиод (рис. 3). При этом, если не предполагается создание ИК-канала управления, светодиод и транзистор можно и вовсе убрать.

Схема включения TMD4903

Рис. 3. Схема включения TMD4903

Для того чтобы оценить все возможности TMD4903, компания ams предлагает использовать отладочный набор TMD4903 EVM (рис. 4) и программную утилиту Gesture Sensor (рис. 5).

Набор TMD4903 EVM содержит все необходимое для начала работы: отладочную плату с TMD4903, преобразователь интерфейсов EVM Controller; USB-кабель, стандартный накопитель USB Flash Drive. Пользователю требуется всего лишь подключить набор к ПК.

Отладочный набор TMD4903 EVM

Рис. 4. Отладочный набор TMD4903 EVM

Утилита Gesture Sensor для работы с отладочным набором TMD4903 EVM

Рис. 5. Утилита Gesture Sensor для работы с отладочным набором TMD4903 EVM

В качестве заключения хочется еще раз повторить, что, благодаря широкому функционалу и малому потреблению, TMD4903 может использоваться как в коммерческой, так и в медицинской и промышленной электронике. Это как раз тот случай, когда конечное приложение для микросхемы ограничивается только фантазией разработчика.

Характеристики микросхемы многофункционального датчика TMD4903:

  • Рабочая частота: 8,1 МГц;
  • Датчик освещенности: до 100 кЛк, точность ±10%, время интеграции 2,78…711,11 мс;
  • Датчик освещенности: 400…650 нм;
  • Датчики цвета: синий 465 нм, зеленый 525 нм, красный 615 нм;
  • Встроенный светодиод: 950 нм;
  • Коммуникационный интерфейс: I2C;
  • Типовой ток потребления: 150 (во время измерение освещенности), 30 (режим ожидания), 0,4 (режим сна);
  • Диапазон рабочих напряжений питания: 1,7…2,0 В;
  • Диапазон рабочих температур: -30…85 °C;
  • Корпусное исполнение: 5x2x1 мм (8 выводов).

Характеристики состав отладочного набора TMD4903 EVM:

  • отладочная плата с TMD4903;
  • преобразователь интерфейсов EVM Controller;
  • USB-кабель, стандартный накопитель USB Flash Drive;
  • Используемое ПО: Gesture Sensor.exe.
Производитель: ams AG
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TMD4903 EVM
TMD4903 EVM
ams AG
Арт.: 2094417 ИНФО PDF
Доступно: 10 шт. от: 20220 руб.
Набор TMD4903 EVM для оценки всех возможностей TMD4903 компании ams.
TMD4903 EVM 20220,00
1 шт.
(на складе)
9 шт.
(под заказ)
TMD49033TR-ND
TMD49033TR-ND
ams AG
Арт.: 2094469 ИНФО PDF
Поиск
предложений
MOD COLOR ALS PROX SENSOR 8PIN; 1.7 V ~ 2 V; -30°C ~ 85°C; I2C.
TMD49033TR-ND
-
Поиск
предложений
TMD49033CT-ND
TMD49033CT-ND
ams AG
Арт.: 2094470 ИНФО PDF
Поиск
предложений
MOD COLOR ALS PROX SENSOR 8PIN; 1.7 V ~ 2 V; -30°C ~ 85°C; I2C.
TMD49033CT-ND
-
Поиск
предложений
TMD49033DKR-ND
TMD49033DKR-ND
ams AG
Арт.: 2094471 ИНФО PDF
Поиск
предложений
MOD COLOR ALS PROX SENSOR 8PIN; 1.7 V ~ 2 V; -30°C ~ 85°C; I2C.
TMD49033DKR-ND
-
Поиск
предложений