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Desenvolvendo um Detector de Proximidade com o VCNL4200 da Vishay (ART3374)

O circuito integrado VCNL4200 da Vishay consiste num detector de proximidade totalmente integrado, contendo um emissor infravermelho e um sensor que permite a medida de proximidade, detector de luz ambiente, processamento de sinal, um ADC de 16 bits para ALS e um conversor de 16 bits para detecção de proximidade. No seu Application Note “Designing the VCNL4200 Into na Application” a Vishay fornece todos os passos para um projeto com este componente (*). Neste artigo mostramos de forma resumida como trabalhar com este componente.

(*) O documento completo pode ser acessado em inglês a partir do site da Mouser Electronics em http://www.mouser.com/pdfdocs/vishay-designing-vcnl4200-application-notes.pdf 

 

Na função de detector de proximidade o VCNL4200 pode reconhecer objetos a uma distância de até 1,5 metros.

O encapsulamento contendo os dois componentes básicos da aplicação (sensor e emissor) permite sua utilização numa infinidade de aplicações. O componente é extremamente pequeno, medindo apenas 8,0 mm x 1,8 mm x 3 mm, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – o VCNL4200
Figura 1 – o VCNL4200

 

O interfaceamento com um microcontrolador é feito por uma saída I2C serial, o que possibilita uma comunicação simples deste componente com o restante da aplicação.

O recurso da função sleep permite que o componente permaneça em estado de muito baixo consumo até o momento em que ocorra um evento nas proximidades que o “acorde” iniciando rapidamente o processamento.

Na figura 2 temos o diagrama de blocos deste componente assim como sua pinagem..

 

Figura 2 – Blocos e pinagem do VCNL4200
Figura 2 – Blocos e pinagem do VCNL4200

 

O emissor infravermelho trabalha com um pico de emissão de 940 nm. O dispositivo inclui lentes que elevam o pico e a sensibilidade de modo que se obtém um ângulo estreito de detecção de apenas +/-15º para o emissor e +/- 30º para o sensor, como mostram as curvas da figura 3.

 

Figura 3 – Curvas de emissão e detecção
Figura 3 – Curvas de emissão e detecção

 

O sensor de luz ambiente tem uma curva de resposta que se aproxima bastante da curva de resposta do olho humano de 400 nm a 700 nm. De fato, este sensor tem uma curva de 430 nm a 610 nm com pico em 540 nm.

Na figura 4 temos um circuito típico de aplicação deste componente.

 

Figura 4 – Circuito de aplicação
Figura 4 – Circuito de aplicação

 

Na figura 5 mostramos como o componente deve ser montado de modo que funcione apropriadamente, levando em conta as dimensões das janelas pelas quais devem passar as radiações emitidas e refletidas.

 

Figura 5 – Montagem – ângulos de emissão e detecção
Figura 5 – Montagem – ângulos de emissão e detecção

 

Na operação o emissor IR trabalha com uma corrente de 800 mA. No entanto, como são emitidos pulsos de curta duração, com apenas 1/160 do ciclo completo, o consumo medi é de apenas 5,3 mA.

Para uma operação normal de detecção de proximidades, os pulsos são emitidos em intervalos de 300 ms apenas, o que corresponde a um ciclo ativo de apenas 1/1280 o consumo médio é de apenas 0,67 mA.

Mais informações sobre este modo de operação podem ser obtidas no application note da Vishay.

No gráfico da figura 6 temos a corrente dos pulsos em função da sua duração.

 

Figura 6 – Corrente direta de pulso x duração
Figura 6 – Corrente direta de pulso x duração

 

Um starter kit pode ser obtido na Mouser, ajudando na avaliação e desenvolvimento de aplicações.

O VCNL4200 tem as seguintes aplicações possíveis:

- Sistemas de detecção de colisão em robôs e brinquedos

- Sensores de estacionamento

- Detectores de presença

- Detectores de proximidades em lavatórios

- Controles de iluminação em corredores e passagens

 

 

 

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