?一、前言

??????紅外距離感應器常用于機器人、無人機等智能硬件設(shè)備，以實現(xiàn)智能避障，而可實現(xiàn)離測量的紅外感應器則較為少用，今天就說說兩種Sensor——距離感應和距離測量。

二、概述

??????平時使用紅外距離感應器只是實現(xiàn)物體靠近距離門限探測，是雙狀態(tài)輸出，即在探測范圍外不能觸發(fā)，進入探測范圍則一直處于觸發(fā)狀態(tài)。另外一種紅外Sensor除可實現(xiàn)前者功能外，還可測量與外界物體間的距離，那么在測量范圍內(nèi)就可持續(xù)輸出距離數(shù)據(jù)，實時跟蹤物體的運動狀態(tài)，從而做進一步處理，以實現(xiàn)一些有用的功能?，F(xiàn)在就這兩種Sensor做分別介紹。

三、Sensor介紹

3.1?近距離感應（Proximity?Sensor）

??????一般距離感應Sensor通常是包含一個紅外反射二極管和紅外接收光電二極管，這種大部分用在手機類產(chǎn)品，以作通話滅屏節(jié)能用。現(xiàn)在大部分廠家還集成了白光接收光電二極管做環(huán)境光感應用，這里忽略此功能。還有些廠商為了加大感應距離，將發(fā)射二極管做外置，使用更大發(fā)射功率二極管，如下圖，我們在這里用到的就是這種，因為感應距離更遠，后面會說明原因。從原理上看，發(fā)射二極管發(fā)出特定頻率的紅外光，經(jīng)外界物體反射由對應頻率接收二極管接收轉(zhuǎn)成電強度，再由ADC轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，當信號強度超過觸發(fā)門限（通過I2C設(shè)置其觸發(fā)門限），便觸發(fā)終端，表示與外界物體靠近。在設(shè)計時，為了不使發(fā)射光不經(jīng)外界反射直接漏到接收端而起不到距感作用，發(fā)射管和接收管結(jié)構(gòu)上需要做光隔離。

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3.2?距離測量(Distance?Measuring?Sensor)

a.三角法

三角法測量原理，如下圖，框架跟上面的Sensor相似，也包含特定頻率的紅外發(fā)射和接收單元，差異是接收單元不是簡單的光電二極管，是一個PSD（Position?Sensitive?Detector）。發(fā)射二極管發(fā)出特定頻率紅外光，經(jīng)外界物體反射，由PSD接收，發(fā)射二極管、外界物體的遠近和反射光在PSD的落點位置形成一個三角關(guān)系，又PSD可以將接收的在其接收面上紅外點的位置轉(zhuǎn)成兩個電流I1和I2，這兩個電流與距離有一定的線性關(guān)系，經(jīng)ADC后，可以通過一定的算法將距離解調(diào)出來。應用此法的典型廠家有Sharp。

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b.TOF(Time?of?Flight)法

?????TOF是通過測量光從發(fā)射端到接收端的時間差來計算距離的方法。如下圖，結(jié)構(gòu)上同樣跟以上兩種Sensor相似，同樣有紅外發(fā)射和接收二極管，差異是發(fā)射二極管發(fā)射的是特定頻率的脈沖紅外光，發(fā)射和接收二極管分別由發(fā)射和接收驅(qū)動電路控制，且驅(qū)動電路分別與Sensor內(nèi)置計時器相接，發(fā)射或者接收到脈沖均及時觸發(fā)計時器，飛行時間就是由計時器計統(tǒng)計的發(fā)射觸發(fā)時刻和接收觸發(fā)時刻的時間差，則得到時間就可直接換算成距離D=（Vc*T）/2。

四、實驗方案

?????我們可以拿上面所介紹的Sensor做一些小實驗，距離測量的兩種sensor均可測量距離，在宏觀體驗上相近，我們可以用其中一種做代表。我們設(shè)想做一個小車，以DragonBoard410C做控制核心，用兩個步進電機驅(qū)動四個輪子（一個驅(qū)動用于后輪作推動，另一個用于控制前輪方向），取四個Proximity?Sensor分別安裝在小車四周，一個Distance?Measuring?Sensor安裝在小車前頭，分別運行兩個程序，體驗兩種sensor的功能。示意如下：

在此，Proximity?Sensor只起到避障作用，當小車行駛過程中靠近障礙物，Sensor會發(fā)出中斷觸發(fā)信號，APQ8016接收的中斷信號會跳轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序做出相應反應，如左邊Sensor遇到障礙物，前輪馬達動作使前輪右轉(zhuǎn)，從而起到避開障礙物的功能。

對于Distance?Measuring?Sensor，當它檢測到前方有障礙物，先通知CPU，當距離逐漸縮小，小車速度也逐漸減小，設(shè)定一個安全距離（如10CM），當小車靠近障礙物進入這個安全距離范圍時就馬上關(guān)閉小車馬達，使小車停下，結(jié)合其他Sensor輔以相應算法可以實現(xiàn)小車智能入庫。我們還可進一步設(shè)計，設(shè)定一個距離范圍（如50cm-100cm），使小車與障礙物之間的距離一直保持在這個范圍，那么便可實現(xiàn)小車跟隨外物功能。通過對比，我們就很容易發(fā)現(xiàn)Proximity?Sensor是實現(xiàn)不了這兩個功能的。

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