如果你對(duì)飛行時(shí)間不了解，別擔(dān)心，你來對(duì)地方了。

飛行時(shí)間一詞幾乎就是字面意思，只不過飛行的對(duì)象是波長為940納米，肉眼完全不可見的“光子”。

我們發(fā)出一束激光；光子撞擊某個(gè)物體并反彈回來。當(dāng)光子反彈回來時(shí)，我們停止計(jì)時(shí)，獲得光飛行時(shí)長，借此確定物體與我們之間的距離（以毫米為單位）。這項(xiàng)技術(shù)被稱為光飛行時(shí)間距離測量（flight sense），該技術(shù)功耗相對(duì)較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相機(jī)。

飛行時(shí)間的概念很簡單，您只需要使用一個(gè)小模塊便可輕松將這個(gè)“簡單”的技術(shù)應(yīng)用在您的方案中。而這個(gè)模塊本身并不簡單，不僅僅是一片封裝在塑料容器中的芯片，還包括了一些光學(xué)元件。

典型的飛行時(shí)間模塊通常采用以下結(jié)構(gòu)：

首先，由VCSEL激光器發(fā)射波長為940納米完全不可見的紅外光，該紅外光具有1級(jí)安全認(rèn)證。

發(fā)出去的光子經(jīng)由Tx鏡頭擴(kuò)散出去，擊中物體后反射回來，進(jìn)入器件的接收端，穿過單光子雪崩二極管陣列（SPAD receiver），以達(dá)到計(jì)算光子飛行時(shí)間而精確測距。激光發(fā)射器與接收器兩者之間，有一個(gè)完整的SOC系統(tǒng)，它可以完美控制發(fā)射激光并收集（integration）反射回來的光子并加以計(jì)算處理實(shí)現(xiàn)精確測距。

一旦測距完成，觸發(fā)中斷通知主系統(tǒng)測距任務(wù)已完成，主系統(tǒng)就可以通過I2C或者SPI接口讀取測距結(jié)果了，所有的功能在激光器件模塊中完成。

應(yīng)用場景

意法半導(dǎo)體目前主推的飛行時(shí)間傳感器包括VL53L5CX、L7CX和L8CX三款，我們將在另外的文章中分析他們的技術(shù)異同和各自優(yōu)勢?，F(xiàn)在讓我們看看他們主要的使用場景。

手勢識(shí)別

你可以使用ST的任何一款多區(qū)飛行時(shí)間傳感器實(shí)現(xiàn)這一功能。通過每一瞬間記錄你手的位置，微控制器就能確定手勢的運(yùn)動(dòng)軌跡，并以20HZ的頻率，上報(bào)精確的手勢檢測結(jié)果。

這對(duì)于恒溫器而言非常方便。您只需輕輕敲擊或滑動(dòng)，便能進(jìn)行控制。揮揮手，就能開啟或者改變一個(gè)功能。您還可以使用手勢控制服務(wù)機(jī)器人、智能音箱，甚至在AR中操作。

手勢指令也可以用于安保，當(dāng)探測到靠近者并使用手勢時(shí)，將觸發(fā)相應(yīng)功能，比如揮一揮手，電梯門便打開。想象一下，當(dāng)機(jī)器人和其他設(shè)備都能通過手勢控制，那將多么酷炫！無需觸摸任何東西，不僅更衛(wèi)生，而且更安全。

觀看一下，當(dāng)同事舉起手做出各自手勢時(shí)，計(jì)算機(jī)通過AI技術(shù)來識(shí)別他的手勢。傳感器本身并不執(zhí)行此項(xiàng)工作，傳感器提供距離、信號(hào)強(qiáng)度、環(huán)境光強(qiáng)度，測距狀態(tài)等信息給人工智能算法，而這一算法則能識(shí)別各種手勢，如大拇指朝上、大拇指朝下以及雙大拇指朝上等。

這確實(shí)是一個(gè)聰明的應(yīng)用，一旦您意識(shí)到它的能力，就可以無限延伸到其他場景中。

存在探測 Presence Detection

節(jié)能：您可以利用傳感器探測是否有人站在物體前方。以恒溫器為例，您可以通過檢測到無人使用時(shí)不給小型LCD屏幕供電來節(jié)省大量能量（盡管本身能耗已較低）。只要有人站在前方，小屏幕便會(huì)亮起并開始接受指令。

安全：這種功能也可應(yīng)用于自動(dòng)提款機(jī)，不僅能夠節(jié)約能源（僅在屏幕前有人時(shí)亮屏），還能提高安全性。例如，在用戶輸入密碼時(shí)，傳感器可以看到用戶肩后是否有可疑人員偷窺。

便捷：將檢測對(duì)象轉(zhuǎn)為車輛時(shí)，當(dāng)你駛?cè)胪＼噲鰰r(shí)能獲知附近停車位的數(shù)量將非常有用。

此外，還有許多其他應(yīng)用，例如體育或游戲計(jì)分，無需搖晃門把手即可確定廁所門內(nèi)是否有人等等。

只用一個(gè)傳感器就能實(shí)現(xiàn)6大功能：

1. 懸崖預(yù)測———探測到懸崖/邊緣就會(huì)停下來轉(zhuǎn)彎。

2. 地面感應(yīng)———地面材質(zhì)檢測，幫助機(jī)器人決定清理范圍以及清理模式。

3. 小物體檢測———智能避障

4. 碰撞回避———避障

5. 板頂檢測（Ceiling detection）————確定機(jī)器人是否能夠自如穿梭而不被卡住。

6. 輔助安全返回充電樁（Safe docking assist）

如果同時(shí)采用多個(gè)傳感器，可以巧妙地實(shí)現(xiàn)定位和追蹤墻面等各種功能。

液位監(jiān)測 Liquid Level Monitoring

液位監(jiān)測是非常常見的應(yīng)用領(lǐng)域，通常液體監(jiān)測的難點(diǎn)在于凡是垂直入射到水中的光子，大部分會(huì)立即返回，而其他光子則會(huì)在水中反彈射、散射，導(dǎo)致測量結(jié)果往往不準(zhǔn)確。我們采取的應(yīng)對(duì)之策則是觀察返回信號(hào)的強(qiáng)度。

圖1

圖2

請(qǐng)注意中間圖形中用深紅色圈起來的部分，圖1中的5006表示該區(qū)域的光子返回強(qiáng)度超過其他區(qū)域。

圖2中77號(hào)綠色圖形表示與液體的距離，其他數(shù)字都比較隨機(jī)，只有高信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)字比較接近，才能準(zhǔn)確確定測量區(qū)域。其他數(shù)字都只是隨機(jī)噪聲。

但這個(gè)應(yīng)用不局限于L5CX、L7CX或L8CX，而是取決于你想用哪個(gè)傳感器，您的水箱有多大以及其他各種因素?？傆幸环N傳感器可以滿足你的使用場景。

這個(gè)傳感器不具有侵入性，體積小，可以節(jié)省時(shí)間和金錢，并且與計(jì)算機(jī)連接，可以運(yùn)行數(shù)據(jù)。

內(nèi)容物管理/計(jì)數(shù) content management

在一個(gè)垃圾車?yán)镅b上飛行時(shí)間傳感器，當(dāng)測量到垃圾桶裝滿再開走垃圾車，時(shí)間剛剛好。如果在卡車上安裝足夠多的飛行時(shí)間傳感器，就能知道后備箱里的剩余空間，是否有東西移動(dòng)或移位。

當(dāng)然，如果將L5換成L7，就可以進(jìn)一步擴(kuò)大光照范圍，使用的傳感器數(shù)量也會(huì)減少。

其他應(yīng)用可以大到在倉庫中，俯視貨架上的商店，查看貨架庫存，統(tǒng)計(jì)進(jìn)出數(shù)量；小到在咖啡機(jī)上檢測咖啡杯是否就位等等。

目前意法半導(dǎo)體的ToF傳感器已經(jīng)更新到第4代，我們的測量范圍從10厘米逐漸延伸至4米。我們還在持續(xù)拓展，繼續(xù)變強(qiáng)。我們已經(jīng)售出8萬套評(píng)估套件，400多個(gè)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入市場，這還不包括應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)的數(shù)不清的手機(jī)