一、创意介绍

在现代社会，光照已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。近年来，随着科学知识的普及，人们越来越意识到“全光谱”照明的重要性。全光谱照明能够模拟自然光，为我们的工作和生活提供更接近自然的照明环境。

面对市场上琳琅满目的灯具，如何分辨其光照效果成为许多人关心的问题。一个优质的传感器，可以帮助我们准确评估灯具的光照效果，从而选择出最适合自己的产品。当有室外活动时，这个传感器能帮助我们了解日光的强度，以便更好地规划户外活动，保护视力。还可以监测室内光照，帮助我们分析植物接收光照的效果。通过实时监测，我们可以了解植物的生长状况，调整光照角度和强度，确保植物在最佳光照环境下茁壮成长。

二、方案介绍

首先是传感器的选型，早在之前，我就已经对AS7265x芯片组有所了解，这是一款由知名半导体公司艾迈斯欧司朗推出的创新多芯片组解决方案。该芯片组的设计巧妙地将三个小巧的芯片整合为一个高效能的光谱分析系统，每个芯片的尺寸仅为4.5x4.4x2.5毫米，如此紧凑的设计使其非常适合于空间受限的应用场景。

具体来说，AS7265x芯片组包含三个主要部分：AS72651作为主芯片，以及两个辅助芯片（AS72652和AS72653）。每个芯片设计了6个光谱波长通道，这些通道覆盖了可见光谱以及部分近红外光谱，从而能够提供全面的光谱数据。这样的配置使得芯片组能够捕捉到光照中的细微差异，为用户提供详尽的光照分析。

如下图所示，这三个芯片协同工作，其中一个芯片扮演主芯片的角色（AS72651），负责指挥和控制整个系统的运作。而剩下的两个辅助芯片则负责收集光谱数据，并将这些数据自动汇总到主芯片AS72651上。这种设计极大地简化了数据处理的流程，因为所有的光谱数据都通过一个集中的接口进行传输，从而减少了编程的复杂性和潜在的错误。

在数据传输方面，AS72651主芯片将收集到的光谱数据通过I2C或UART接口输出，方便微控制器单元（MCU）或电脑进行读取。

三个芯片的总共18通道横跨从410到940纳米的波长，包含部分可见光和近红外光范围，且18个通道均为20nm半峰全宽，波长中心为410、435、460、485、510、535、560、585、610、645、680、705、730、760、810、860、900及940nm，如下图就是这个组合的感应范围

该芯片系列通过 LGA 封装中的纳米光学沉积干涉滤光片技术将高斯滤光片集成到 CMOS 传感器的硅片表面，这种滤光片技术提供极其精确和可重复的过滤特性，在使用周期和不同温度下具有稳定性，并且AS72651/652/653芯片组出厂前已经过校准，可在整个感知频谱范围内提供均匀的功率密度。且该芯片尤其是和工业测量光谱。

为了满足活动要求，所以MCU的选择，我使用了指定厂商Microchip的dsPIC33CH高性能双核16 位数字信号控制器，这款芯片不仅集成了丰富的数字信号处理功能，能够在数据处理过程中提供强大的加速作用，而且还拥有双核心的设计，使得数据处理和通信任务可以并行进行，极大地提高了系统的效率和响应速度。下图是这颗芯片的特性图

三、方案设计

1. 传感器设计

如上的框图，为了能更好的连接和扩展，计划将电路分成不同模块，根据需要使用杜邦线进行连接。

首先是传感器电路设计，在官方数据手册中已经给出了完整的电路连接方案，

三个传感器通过设备间的I2C接口连接在一起，并加上上拉电阻，与电脑通信的UART接口预留排针方便后续连接，此外需要注意的是，在仔细阅读了数据手册之后发现其实芯片内部设计了一个微处理器专门用于处理原始数据，所以就需要在板子上预留给这个传感器的微处理器烧录算法固件的FLASH芯片，并且在手册中给出了各家公司可用的FLASH型号，方便设计与生产时调整。

所以传感器的扩展板率先被设计出来，如下图，为了兼容UART和I2C通信模式，我在板卡上设计了一个跳帽电阻，默认的连接模式使用UART通信。

与之对应的PCB设计也没有太大困难，手册中给出了这个传感器的推荐PCB走线，可以看出，这芯片并没有需要特殊注意的位置，只要导线不连接错误即可。

少许时间后，PCB也完成设计，PCB我设计了两个版本：将所有器件紧密环形排放、另一个是将传感器分散排列，方便调试的版本

最终调试时发现，使用分散的版本很方便烧录固件和测试，最终决定使用第二个版本，下图是焊接完成的电路板，两侧的飞线是给板上的FLASH芯片下载固件是焊接的

2. 串口和MCU板卡

dsPIC33的芯片管脚使用非常灵活，所以直接将管脚全部引出，一是方便测试，二是为了以后将这个核心板作为最小系统单独使用。

由于dsPIC33尺寸不大，所以在板卡上再加上USB转串口芯片，二者结合在一起，并且打了一排细密的小孔，可以后期掰断使用。

上图左侧为USB转串口，右侧为MCU核心板。下图是焊接完成的样子。

功能展示

使用USB串口模块连接到传感器上，给传感器供电，从电脑上刷新传感器的串口号，这里使用的工具是AS7265x的官方上位机工具

打开软件后是串口编号的选择，在我电脑上是串口8，双击com8

就会出现如下的页面

左侧有个sample按钮，每点击一次就会刷新一组数据，可以点击右侧中部的 as Spectrum，切换为频谱图

传感器当前只是在桌上，并没有对着光源，现在将传感器对着一个发光体，比如电脑的屏幕，众所周知，常见的屏幕是使用三种颜色的发光材料或者能透过三种颜色的液晶组成，

所以可以大胆预测一下，待会儿的光谱数据会是三个颜色特别强：如图可以看出450nm（蓝色）540nm（绿色）和650nm（红色）如同一个“山”型

这也恰好证明了屏幕确实由三种颜色的像素构成。接下来是使用照相机的闪光灯作为输入

可以看出它的光谱非常连续，没有特别突起的波长，这也对应着做为闪光灯，不可以只有三种颜色突出，否则会导致显色指数很低（闪光灯和平时工作的灯光应该相似，在所有波长都有幅度，这样照明效果最好，被照射的物体颜色最鲜艳。

所以本项目很好的实现了测量环境光谱的功能，此外dsPIC33还剩下非常多的针脚闲置，所以未来的学习重点是将dsPIC33的双核功能打通，实现离线采集处理。

心得体会

就在提交项目之际，又进入ams-OSRAM的产品页，看到了让我心头一阵刺痛的消息：作为2018年才发布的芯片，AS7265x已经进入了停产阶段，本想着再复刻做一次，将传感器MCU和屏幕合在一个电路中，未来可能不太有这样的机会了。

（PS：过几天不死心又查找了一下官方的产品名录，发现出了一颗内置了12个通道的体积更小的新品，看来未来还是可以继续这个计划）

！！PPS：特别感谢硬禾学堂和DigiKey联手推出的这次活动，让我在学习之余有机会从零开始学习与设计一个电子制作！