基于光強傳感器TSL256x的感測系統設計--光敏傳感器與控制技術(shù)

　　TSL2560和TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數字轉換芯片。該芯片可廣泛應用于各類(lèi)顯示屏的監控，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最佳的顯示亮度并盡可能降低電源功耗；還可以用于街道光照控制、安全照明等眾多場(chǎng)合。該芯片的主要特點(diǎn)如下：

　　可編程設置許可的光強度上下閾值，當實(shí)際光照度超過(guò)該閾值時(shí)給出中斷信號；

　　數字輸出符合標準的SMBus（TSL2560）和I2C（TSL2561）總線(xiàn)協(xié)議；

　　模擬增益和數字輸出時(shí)間可編程控制；

　　1.25 mm×1.75 mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW；

　　自動(dòng)抑制50 Hz/60 Hz的光照波動(dòng)。

　　2 TSL256x的引腳功能

　　TSL256x有2種封裝形式： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封裝形式不同，相應的光照度計算公式也不同。

　　各引腳的功能如下：

　　腳1和腳3： 分別是電源引腳和信號地。其工作電壓范圍是2.7～3.5V。

　　腳2： 器件訪(fǎng)問(wèn)地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個(gè)不同的訪(fǎng)問(wèn)地址。訪(fǎng)問(wèn)地址與電平的對應關(guān)系如表1所列。

　　腳4和腳6： I2C或SMBus總線(xiàn)的時(shí)鐘信號線(xiàn)和數據線(xiàn)。

　　腳5： 中斷信號輸出引腳。當光強度超過(guò)用戶(hù)編程設置的上或下閾值時(shí)，器件會(huì )輸出一個(gè)中斷信號。

　　3 TSL256x的內部結構和工作原理

　　TSL256x是第二代周?chē)h(huán)境光強度傳感器，其內部結構如圖２所示。通道0和通道1是兩個(gè)光敏二極管，其中通道0對可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)都敏感，而通道1僅對紅外線(xiàn)敏感。積分式A/D轉換器對流過(guò)光敏二極管的電流進(jìn)行積分，并轉換為數字量，在轉換結束后將轉換結果存入芯片內部通道0和通道1各自的寄存器中。當一個(gè)積分周期完成之后，積分式A/D轉換器將自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)積分轉換過(guò)程。微控制器和TSL2560可通過(guò)標準的SMBus（ System Management Bus） V1.1或V2.0實(shí)現，TSL2561則可通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。對TSL256x的控制是通過(guò)對其內部的16個(gè)寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現的。

　　4 TSL256x應用設計

　　TSL256x的訪(fǎng)問(wèn)遵循標準的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟硬件設計變得非常簡(jiǎn)單。這兩種協(xié)議的讀寫(xiě)時(shí)序雖然很類(lèi)似，但仍存在不同之處。下面僅以TSL2561芯片為例，說(shuō)明TSL256x光強傳感器的實(shí)際應用。

　　4.1 硬件設計

　　TSL2561可以通過(guò)I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。如果所選用的微控制器帶有I2C總線(xiàn)控制器，則將該總線(xiàn)的時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)直接與TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA分別相連；如果微控制器內部沒(méi)有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線(xiàn)上。如果微控制器不帶I2C總線(xiàn)控制器，則將TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA與普通I/O口連接即可；但編程時(shí)需要模擬I2C總線(xiàn)的時(shí)序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。

　　4.2 軟件設計

　　微控制器可以通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議對TSL2561進(jìn)行讀寫(xiě)。寫(xiě)數據時(shí)，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫(xiě)的數據。TSL2561的寫(xiě)操作過(guò)程如下： 先發(fā)送一組器件地址；然后寫(xiě)命令碼，命令碼是指定接下來(lái)寫(xiě)寄存器的地址00h～0fh和寫(xiě)寄存器的方式，是以字節、字或塊（幾個(gè)字）為單位進(jìn)行寫(xiě)操作的；最后發(fā)送要寫(xiě)的數據，根據前面命令碼規定寫(xiě)寄存器的方式，可以連續發(fā)送要寫(xiě)的數據，內部寫(xiě)寄存器會(huì )自動(dòng)加1。對于I2C協(xié)議具體的讀寫(xiě)時(shí)序，可以參考相關(guān)資料，在此不再贅述。

　　限于篇幅，在此給出對TSL2561讀寫(xiě)操作的部分程序：

　　unsigned char TSL2561_write_byte（ unsigned char addr， unsigned char c） {

　　unsigned char status=0;

　　status=twi_start（）;//開(kāi)始

　　status=twi_writebyte（TSL2561_ADDR|TSL2561_WR）;//寫(xiě)TSL2561地址

　　status=twi_writebyte（0x80|addr）;//寫(xiě)命令

　　status=twi_writebyte（c）;//寫(xiě)數據

　　twi_stop（ ）;//停止

　　delay_ms（10）;//延時(shí)10 ms

　　return 0;

　　}

　　unsigned char TSL2561_read_byte（ unsigned char addr， unsigned char *c） {

　　unsigned char status=0;

　　status= twi_start（ ）;//開(kāi)始

　　status=twi_writebyte（TSL2561_ADDR|TSL2561_WR）;//寫(xiě)TSL2561地址

　　status=twi_writebyte（0x80|addr）;//寫(xiě)命令

　　status=twi_start（ ）;//重新開(kāi)始

　　status=twi_writebyte（TSL2561_ADDR|TSL2561_RD）;//寫(xiě)TSL2561地址

　　status=twi_readbyte（c，TW_NACK）;//寫(xiě)數據

　　twi_stop（ ）;

　　delay_ms（10）;

　　return 0;

　　}

　　當積分式A/D轉換器轉換完成后，可以從通道0寄存器和通道1寄存器讀取相應的值CH0和CH1，但是要以L(fǎng)ux（流明）為單位，還要根據CH0和CH1進(jìn)行計算。對于TMB封裝，假設光強為E（單位為L(cháng)ux），則計算公式如下：

　?、?0 E=0.030 4×CH0-0.062×CH0×（CH1/CH0）1/4

　?、?0.50 E=0.022 4×CH0-0.031×CH1

　?、?0.61 E=0.012 8×CH0-0.015 3×CH1

　?、?0.80 E=0.001 46×CH0-0.001 12×CH1

　?、?CH1/CH0》1.30

　　E=0

　　對于CHIPSCALE封裝，計算公式可以查看相應的芯片資料。

　　5 結論

　　采用TSL256x實(shí)現光強度實(shí)時(shí)監測的系統，具有精度高、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。芯片內部集成了積分式A/D轉換器，采用數字信號輸出，因此抗干擾能力比同類(lèi)芯片強。該芯片在光強監測控制領(lǐng)域已得到廣泛應用。