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El VCNL36821S utiliza señalización infrarroja, tiene procesamiento de señal digital en chip y se comunica a través de I²C.

Detección óptica de distancia

La premisa básica de sensores como el VCNL36821S es que el dispositivo emite luz infrarroja, que se refleja en la superficie de algún objeto y es detectada por el mismo dispositivo. La luz reflejada se convierte en una corriente, y la amplitud de esta corriente se convierte en un medio para medir la distancia entre el sensor y el objeto.

Ruido e interferencia

La luz infrarroja se usa porque es más fácil de separar de la luz visible que estará presente en la mayoría de los entornos de aplicación. Sin embargo, el infrarrojo no es una solución inmediata al problema de la interferencia óptica: la luz del sol y de las bombillas incandescentes contiene energía en las longitudes de onda infrarrojas.

Sin embargo, estas fuentes de luz tienden a producir niveles de iluminación bastante estables, y cualquier cambio significativo en la intensidad será lento e irregular. Por lo tanto, podemos separar aún más las señales infrarrojas de la radiación ambiental incorporando variaciones de alta frecuencia. Los controles remotos de televisión, por ejemplo, codifican información en una onda portadora de alta frecuencia:

Diagrama tomado de una nota de la aplicación Texas Instruments sobre la implementación del control remoto por infrarrojos.

El VCNL36821S, por otro lado, puede lograr un rendimiento adecuado simplemente generando pulsos de luz con un ancho programable de 50–400 µs y un período programable de 10–80 ms. (El detector actualiza automáticamente su comportamiento de procesamiento de señal de acuerdo con las características de la luz pulsada producida por el emisor). Me gusta que este dispositivo ofrezca amplios rangos de personalización; parece que esta característica le daría al diseñador alguna capacidad adicional para superar fuentes de ruido o interferencia específicas de la aplicación.

Otra fuente de luz IR problemática es el propio emisor. Cuando los dispositivos de transmisión y recepción se encuentran en el mismo paquete, una cubierta transparente colocada cerca de la superficie del dispositivo puede reflejar algo de luz directamente del emisor al detector. El siguiente diagrama ayuda a transmitir cómo ocurre esto, y también representa el ángulo óptico que Vishay considera aceptable para la mayoría de las aplicaciones VCNL36821S.

Diagrama tomado de la nota de la aplicación VCNL36821S de Vishay, que es un recurso excelente para cualquier persona que desee obtener más información sobre este sensor.

Esta reflexión crea un desplazamiento que el VCNL36821S puede restar automáticamente de las mediciones de proximidad por medio de los registros "PS_CANC" (CANC significa "cancelación").

Sistema de detección de proximidad en chip

El VCNL36821S integra un emisor de IR, un detector de IR, acondicionamiento de señal analógica, conversión de analógico a digital, procesamiento de señal digital y comunicación digital estandarizada en un paquete de montaje en superficie de 2.55 × 2.05 mm.

Diagrama de bloques del VCNL36821S tomado de la hoja de datos.

Realmente parece que Vishay ha incorporado una gran cantidad de funcionalidades que ayudarán a los ingenieros a implementar una sólida detección de proximidad sin un esfuerzo de diseño excesivo. Como se muestra en el siguiente diagrama, se necesitan pocos componentes externos y la conexión al microcontrolador del sistema o al procesador de señal digital es sencilla.

Diagrama de conexión del pin de hardware tomado de la hoja de datos VCNL36821S. No estoy seguro de por qué el procesador está etiquetado como "banda base".

Detección de ventanas

El VCNL36821S incluye una característica que corresponde a un concepto general importante en aplicaciones de sensores. La idea es que las mediciones se comparen con un umbral superior y un umbral inferior, y estos dos umbrales crean rangos de valores de medición que provocarán o no algún tipo de respuesta del procesador.

A esto lo llamo "detección de ventana" porque le permite configurar un sistema de modo que solo tome medidas cuando los datos del sensor estén dentro o fuera de una ventana de medición especificada. Un esquema de detección de ventanas basado en interrupciones es altamente eficiente, porque el procesador se involucra solo cuando la detección de ventanas indica que se requiere algún tipo de acción.

Consideremos un dispositivo de monitoreo de temperatura. La mayoría de las veces, la temperatura medida está en el rango "aceptable" – 0 ° C a 70 ° C, por ejemplo. Si la temperatura es demasiado alta o demasiado baja, el microcontrolador del sistema debe desactivar un equipo sensible. El hardware dedicado compara cada lectura con los umbrales superior e inferior que delimitan el rango de temperaturas aceptables, y el procesador recibe una notificación (a través de una interrupción) solo cuando la lectura está fuera de la ventana.

Este tipo de esquema de interrupción puede implementarse en aplicaciones de detección de proximidad mediante el pin de salida de interrupción del VCNL36821S junto con los registros de umbral superior (PS_THDH) y umbral inferior (PS_THDL).

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¿Qué tipo de aplicaciones ha encontrado para la detección de proximidad óptica? Siéntase libre de compartir algunas experiencias o consejos en la sección de comentarios a continuación.