?一、前言

??????紅外距離感應(yīng)器常用于機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等智能硬件設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)智能避障，而可實(shí)現(xiàn)離測(cè)量的紅外感應(yīng)器則較為少用，今天就說(shuō)說(shuō)兩種Sensor——距離感應(yīng)和距離測(cè)量。

二、概述

??????平時(shí)使用紅外距離感應(yīng)器只是實(shí)現(xiàn)物體靠近距離門(mén)限探測(cè)，是雙狀態(tài)輸出，即在探測(cè)范圍外不能觸發(fā)，進(jìn)入探測(cè)范圍則一直處于觸發(fā)狀態(tài)。另外一種紅外Sensor除可實(shí)現(xiàn)前者功能外，還可測(cè)量與外界物體間的距離，那么在測(cè)量范圍內(nèi)就可持續(xù)輸出距離數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而做進(jìn)一步處理，以實(shí)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(yīng)（Proximity?Sensor）

??????一般距離感應(yīng)Sensor通常是包含一個(gè)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(jī)類(lèi)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(yīng)用，這里忽略此功能。還有些廠商為了加大感應(yīng)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?cè)谶@里用到的就是這種，因?yàn)楦袘?yīng)距離更遠(yuǎn)，后面會(huì)說(shuō)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(duì)應(yīng)頻率接收二極管接收轉(zhuǎn)成電強(qiáng)度，再由ADC轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)觸發(fā)門(mén)限（通過(guò)I2C設(shè)置其觸發(fā)門(mén)限），便觸發(fā)終端，表示與外界物體靠近。在設(shè)計(jì)時(shí)，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(cè)量(Distance?Measuring?Sensor)

a.三角法

三角法測(cè)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(jiǎn)單的光電二極管，是一個(gè)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(yuǎn)近和反射光在PSD的落點(diǎn)位置形成一個(gè)三角關(guān)系，又PSD可以將接收的在其接收面上紅外點(diǎn)的位置轉(zhuǎn)成兩個(gè)電流I1和I2，這兩個(gè)電流與距離有一定的線性關(guān)系，經(jīng)ADC后，可以通過(guò)一定的算法將距離解調(diào)出來(lái)。應(yīng)用此法的典型廠家有Sharp。

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b.TOF(Time?of?Flight)法

?????TOF是通過(guò)測(cè)量光從發(fā)射端到接收端的時(shí)間差來(lái)計(jì)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(dòng)電路控制，且驅(qū)動(dòng)電路分別與Sensor內(nèi)置計(jì)時(shí)器相接，發(fā)射或者接收到脈沖均及時(shí)觸發(fā)計(jì)時(shí)器，飛行時(shí)間就是由計(jì)時(shí)器計(jì)統(tǒng)計(jì)的發(fā)射觸發(fā)時(shí)刻和接收觸發(fā)時(shí)刻的時(shí)間差，則得到時(shí)間就可直接換算成距離D=（Vc*T）/2。

四、實(shí)驗(yàn)方案

?????我們可以拿上面所介紹的Sensor做一些小實(shí)驗(yàn)，距離測(cè)量的兩種sensor均可測(cè)量距離，在宏觀體驗(yàn)上相近，我們可以用其中一種做代表。我們?cè)O(shè)想做一個(gè)小車(chē)，以DragonBoard410C做控制核心，用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)輪子（一個(gè)驅(qū)動(dòng)用于后輪作推動(dòng)，另一個(gè)用于控制前輪方向），取四個(gè)Proximity?Sensor分別安裝在小車(chē)四周，一個(gè)Distance?Measuring?Sensor安裝在小車(chē)前頭，分別運(yùn)行兩個(gè)程序，體驗(yàn)兩種sensor的功能。示意如下：

在此，Proximity?Sensor只起到避障作用，當(dāng)小車(chē)行駛過(guò)程中靠近障礙物，Sensor會(huì)發(fā)出中斷觸發(fā)信號(hào)，APQ8016接收的中斷信號(hào)會(huì)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序做出相應(yīng)反應(yīng)，如左邊Sensor遇到障礙物，前輪馬達(dá)動(dòng)作使前輪右轉(zhuǎn)，從而起到避開(kāi)障礙物的功能。

對(duì)于Distance?Measuring?Sensor，當(dāng)它檢測(cè)到前方有障礙物，先通知CPU，當(dāng)距離逐漸縮小，小車(chē)速度也逐漸減小，設(shè)定一個(gè)安全距離（如10CM），當(dāng)小車(chē)靠近障礙物進(jìn)入這個(gè)安全距離范圍時(shí)就馬上關(guān)閉小車(chē)馬達(dá)，使小車(chē)停下，結(jié)合其他Sensor輔以相應(yīng)算法可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)智能入庫(kù)。我們還可進(jìn)一步設(shè)計(jì)，設(shè)定一個(gè)距離范圍（如50cm-100cm），使小車(chē)與障礙物之間的距離一直保持在這個(gè)范圍，那么便可實(shí)現(xiàn)小車(chē)跟隨外物功能。通過(guò)對(duì)比，我們就很容易發(fā)現(xiàn)Proximity?Sensor是實(shí)現(xiàn)不了這兩個(gè)功能的。

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