?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備，以實現智能避障，而可實現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物體靠近距離門限探測，是雙狀態輸出，即在探測范圍外不能觸發，進入探測范圍則一直處于觸發狀態。另外一種紅外Sensor除可實現前者功能外，還可測量與外界物體間的距離，那么在測量范圍內就可持續輸出距離數據，實時跟蹤物體的運動狀態，從而做進一步處理，以實現一些有用的功能。現在就這兩種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品，以作通話滅屏節能用。現在大部分廠家還集成了白光接收光電二極管做環境光感應用，這里忽略此功能。還有些廠商為了加大感應距離，將發射二極管做外置，使用更大發射功率二極管，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，發射二極管發出特定頻率的紅外光，經外界物體反射由對應頻率接收二極管接收轉成電強度，再由ADC轉成數字信號，當信號強度超過觸發門限（通過I2C設置其觸發門限），便觸發終端，表示與外界物體靠近。在設計時，為了不使發射光不經外界反射直接漏到接收端而起不到距感作用，發射管和接收管結構上需要做光隔離。

?

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）。發射二極管發出特定頻率紅外光，經外界物體反射，由PSD接收，發射二極管、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系，又PSD可以將接收的在其接收面上紅外點的位置轉成兩個電流I1和I2，這兩個電流與距離有一定的線性關系，經ADC后，可以通過一定的算法將距離解調出來。應用此法的典型廠家有Sharp。

?

b.TOF(Time?of?Flight)法

?????TOF是通過測量光從發射端到接收端的時間差來計算距離的方法。如下圖，結構上同樣跟以上兩種Sensor相似，同樣有紅外發射和接收二極管，差異是發射二極管發射的是特定頻率的脈沖紅外光，發射和接收二極管分別由發射和接收驅動電路控制，且驅動電路分別與Sensor內置計時器相接，發射或者接收到脈沖均及時觸發計時器，飛行時間就是由計時器計統計的發射觸發時刻和接收觸發時刻的時間差，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。我們設想做一個小車，以DragonBoard410C做控制核心，用兩個步進電機驅動四個輪子（一個驅動用于后輪作推動，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會發出中斷觸發信號，APQ8016接收的中斷信號會跳轉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，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閉小車馬達，使小車停下，結合其他Sensor輔以相應算法可以實現小車智能入庫。我們還可進一步設計，設定一個距離范圍（如50cm-100cm），使小車與障礙物之間的距離一直保持在這個范圍，那么便可實現小車跟隨外物功能。通過對比，我們就很容易發現Proximity?Sensor是實現不了這兩個功能的。

?

?更多Qualcomm開發內容請詳見：Qualcomm開發者社區。