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數位環境光感應器 Everlight ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 應用手冊

2022-11-15 10:11| 发布者: 闪电| 查看: 1| 评论: 0

摘要: 一、簡介:環境光感應器(Ambient light sensor; ALS)可以感測到和人眼接收感覺類似的光源,並讓相關的 應用產品根據感測到的光源資訊做相應的開,關及自動調整控制,以達到省電及安全的應用目的。 類比環境光感應器 ...

一、  簡介: 

環境光感應器(Ambient light sensor; ALS)可以感測到和人眼接收感覺類似的光源,並讓相關的 應用產品根據感測到的光源資訊做相應的開,關及自動調整控制,以達到省電及安全的應用目的。  類比環境光感應器靠調整負載電阻來改變切換門檻值且精確度較差,微處理器(MCU)可經由 I2C 介 面對數位 ALS 的暫存器做讀、寫控制,藉此達到較準確的控制。而億光的 ALS-DPDIC17- 78C/L749/TR8 數位環境光感測器,因封裝內有兩組不同頻譜的光二極體(PD)感測元件,故可區分 出不同的光源,以達到更高的準確度。 

 

二、  機構開孔建議: 

不管是在室內或室外使用 ALS,環境光通常都是從上方或是斜上方照下。故會建議開孔的方向 朝上為最佳,朝前次之,盡量讓環境光直接照射到 ALS,一般來說較高的進光量可以得到較高的精 確度也可加快量測速度,但須注意若在中午太陽光直射的情況下有可能會造成 ALS 飽和。有些時候 為了 ID 設計美觀會讓開孔朝下,利用反射方式偵測環境光,但此種方式會受到反射物的反射率影響

造成 ALS 的準確度下降。底下圖一是開孔朝上的建議開孔方式。 

 

       圖一、朝上開孔建議 

基於進光量的考量 

  • l  θ建議大於 35°且 D1 建議小於 2.6mm。 
  • l  可參考建議開孔公式 DLENS= tanθx D1 x 2 + Package Width 
  • l  假設 D1= 1mm, θ1= 35°,則 DLENS= tan35° x 1mm x 2 + 2.0 =3.4mm。 
  • l  增加開孔大小或是縮短 D1 的距離都可以增加進光量,使 ALS 量測更準確。 

 

若開孔是朝前方的話,由於環境光多由斜上方照射,故可參考底下圖二,在同樣開孔大小下,讓 θ的角度大於 θ2。   

 

       圖二、朝前開孔建議 

 

另一般 ID 設計不會想讓使用者直接看到 ALS,所以通常會在 ALS 上方加半透明的 cover  lens, Lens 透光度越高越好,最好不要低於 30%。 

 

三、  照度(Illuminance)轉換方式: 

地球上充滿了各種波長的電磁波,依波長從短到長可分為紫外線(Ultraviolet; UV)、可見光 (Visible Light)及紅外線(Infrared; IR),而照度定義的可見光為人眼可見的電磁頻譜,其波長為 380~770nm,而 ALS 主要就是偵測此段波長的電磁波強度。 

                                                                                  
       圖三、電磁波波長分類 

     在 380~770nm 的可見光波段中,在較明亮環境中人眼對 555nm 波長的綠色光最為敏感,假 設其他可見光波長跟 555nm 的光產生同樣亮度感覺所需的光通量為 X(λ),則 555nm 的光通量和其

他 X(λ)的比值可描出所謂的視見函數(visual sensitivity function)。照度的定義是參考視見函數,因 不同的光源在不同的波長會有不同的輻射強度,而 ALS 的鍍膜無法做到跟視見函數一模一樣,故 ALS 得到的 Count 值並不能直接換算成照度值(Lux)。 

ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 內部有兩種不同鍍膜的 PD,如下圖四,此兩顆 PD 對不同光譜 的光會有不同響應,利用此特性可區分出不同的光源並給予相應的換算公式, 如此可解決上述相同 照度下,不同光譜的光源得到不同換算照度值的問題。 

 

       圖四、ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 雙 PD 及人眼光譜響應圖 

 

   把 ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀到的 count 值轉換成照度流程如下, 

  1. 準備不同的光源,例如:白光 LED、螢光燈、白熾燈及標準光源 D65…等,及標準件(標準照度計)。 
  2. 使用第一種光源照射 ALS 及照度計,紀錄照度計的讀值 Ev,並適當調整暫存器ALS_GAIN(0x04)及 ALS_TIME(0x05)的設定,同時記錄 ALS CH0(0x1C, 0x1D)及 CH1(0x1E, 0x1F)的讀值。調整時,需考量最大使用環境照度,設計當 ALS 的輸出飽和時的 處理。 
  3. 把 CH0/CH1 的比值當成 R(1)。
  4. 計算係數 K(1) = Ev/CH0。
  5. 此光源的照度 Lux = CH0 * K(1)
  6. 切換不同光源並重複上述步驟 1~5,可得到不同的比值 R(n)及係數 K(n)。
  7. 把相對應的光源與其比值 R(n)及係數 K(n)搭配,可得到不同光源的 Lux 轉換公式。

  • l  計算係數 K(n)時,建議讓 K 值小於 2,若 K 值過大,可回到第 2 步調整暫存器

            ALS_GAIN(0x04)及 ALS_TIME(0x05)的設定。 

          表一為 ALS 裸測得到的數據(無 cover lens),參考表一可得以下的公式。 

  • l  If CH0/CH1 <= 0.42, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 0.41 
  • If 0.42 < CH0/CH1 < 0.66, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 0.57 
  • If CH0/CH1 >= 0.66, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 1.58 

注意:每顆 ALS 鍍膜及製程都會有些微差異,換算出的 Lux 也會有誤差,故若要求精確度較高需再 自行校正並修正公式。 

       表一、ALS 實際裸測(無 cover lens)數據 

 

       ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀值轉換成照度的流程,請參考圖五。 

  

 

       圖五、ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀值轉換成照度流程圖 

四、  基本暫存器說明及 Firmware 流程圖: 

       ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 的 I2C 位址為 0x38,而初始化步驟如下 

  1. 在系統開機穩定後可先讀 0xBC 及 0xBD 的值是否為 0x14 及 0x16,藉此判斷 I2C 是否有正常動作且打件的 ALS 是否正確。 
  1. 設定 0x02 的 bit7 INT_POR = 0,此 bit 在開機後、電壓不穩或 ALS 重設時會被設為 1,所以在後續每次讀值前都須確認此 bit 是否為 0,若為 1 則表示 ALS 被重設回預設值,此時就 須重新初始化 ALS。  
  1. 設定 0x00 的 bit 0 EN_ALS=1 將 ALS 致能。
  2. 寫入 0x04 的 ALS_GAIN 及 0x05 ALS_TIME 的初始設定。
  3. 等待 ALS_TIME + WTIME ms 後,確認 INT_POR 是否為 0;若為 0 即可去讀取 0x1C~0x1F的值來計算 Lux 值。 

 

  • l    ALS_TIME(暫存器 0x05)是 ALS 的 ADC 轉換時間,此暫存器值設越大表示積分時間越長,而輸出的解析度也會越高,此值最大為 0xFF,但只要設到 0x3F 就可得到 16 bit(0~65535)的最大輸出解析度。除非要量測非常低亮度的情況或       是受限 ID 設計造成 ALS 進光量太少才須把值設超過 0x3F,此值越大 ALS 的量測時間也越久,詳細數字可參考規格 書。 
  • l    要啟用 WTIME 功能需先把暫存器 0x00 的 bit 6 (EN_WAIT)設為 1,此功能為在偵測時間將 IC 進入省電模式,藉此降低使用平均功耗。 
  • l    ALS_GAIN(暫存器 0x04)則是調整 ALS 內部放大器的增益值(一般設定為 0x00 即可,除非進光量較小可設為 0x01),此值越大,在同光源下的輸出值越大,此設定並不會增加 ALS 的量測時間。 
  • l    ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 也有中斷觸發功能,若有需要使用,詳細的使用方式及暫存器設定方式可參考規格書。 
  • l    若 ALS 的應用是只抓幾個切換點,直接改變受控端的亮度(或其他動作)的話,建議加上debounce 機制,避免當光源剛好落在切換點附近變化,會有抖動(閃爍)現象發生。

 

       底下圖六為 ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 的 Firmware 流程圖。 

       圖六、Firmware 流程圖 


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