如果你对飞行时间不了解,别担心,你来对地方了。
飞行时间一词几乎就是字面意思,只不过飞行的对象是波长为940纳米,肉眼完全不可见的“光子”。
我们发出一束激光;光子撞击某个物体并反弹回来。当光子反弹回来时,我们停止计时,获得光飞行时长,借此确定物体与我们之间的距离(以毫米为单位)。这项威廉希尔官方网站 被称为光飞行时间距离测量(flight sense),该威廉希尔官方网站 功耗相对较低,远远低于相机。
飞行时间的概念很简单,您只需要使用一个小模块便可轻松将这个“简单”的威廉希尔官方网站 应用在您的方案中。而这个模块本身并不简单,不仅仅是一片封装在塑料容器中的芯片,还包括了一些光学元件。
典型的飞行时间模块通常采用以下结构:
首先,由VCSEL激光器发射波长为940纳米完全不可见的红外光,该红外光具有1级安全认证。
发出去的光子经由Tx镜头扩散出去,击中物体后反射回来,进入器件的接收端,穿过单光子雪崩二极管阵列(SPAD receiver),以达到计算光子飞行时间而精确测距。激光发射器与接收器两者之间,有一个完整的SOC系统,它可以完美控制发射激光并收集(integration)反射回来的光子并加以计算处理实现精确测距。
一旦测距完成,触发中断通知主系统测距任务已完成,主系统就可以通过I2C或者SPI接口读取测距结果了,所有的功能在激光器件模块中完成。
应用场景
意法半导体目前主推的飞行时间传感器包括VL53L5CX、L7CX和L8CX三款,我们将在另外的文章中分析他们的威廉希尔官方网站 异同和各自优势。现在让我们看看他们主要的使用场景。
手势识别
你可以使用ST的任何一款多区飞行时间传感器实现这一功能。通过每一瞬间记录你手的位置,微控制器就能确定手势的运动轨迹,并以20HZ的频率,上报精确的手势检测结果。
这对于恒温器而言非常方便。您只需轻轻敲击或滑动,便能进行控制。挥挥手,就能开启或者改变一个功能。您还可以使用手势控制服务机器人、智能音箱,甚至在AR中操作。
手势指令也可以用于安保,当探测到靠近者并使用手势时,将触发相应功能,比如挥一挥手,电梯门便打开。想象一下,当机器人和其他设备都能通过手势控制,那将多么酷炫!无需触摸任何东西,不仅更卫生,而且更安全。
观看一下,当同事举起手做出各自手势时,计算机通过AI威廉希尔官方网站 来识别他的手势。传感器本身并不执行此项工作,传感器提供距离、信号强度、环境光强度,测距状态等信息给人工智能算法,而这一算法则能识别各种手势,如大拇指朝上、大拇指朝下以及双大拇指朝上等。
这确实是一个聪明的应用,一旦您意识到它的能力,就可以无限延伸到其他场景中。
存在探测
Presence Detection
节能:您可以利用传感器探测是否有人站在物体前方。以恒温器为例,您可以通过检测到无人使用时不给小型LCD屏幕供电来节省大量能量(尽管本身能耗已较低)。只要有人站在前方,小屏幕便会亮起并开始接受指令。
安全:这种功能也可应用于自动提款机,不仅能够节约能源(仅在屏幕前有人时亮屏),还能提高安全性。例如,在用户输入密码时,传感器可以看到用户肩后是否有可疑人员偷窥。
便捷:将检测对象转为车辆时,当你驶入停车场时能获知附近停车位的数量将非常有用。
此外,还有许多其他应用,例如体育或游戏计分,无需摇晃门把手即可确定厕所门内是否有人等等。
以下视频向我们呈现了如果通过手势识别来与恒温器互动。该视频采用STS VL53L5CX来录制,但L7CX或L8CX也能同样出色甚至更好地完成工作。
扫地机器人
只用一个传感器就能实现6大功能:
1. 悬崖预测———探测到悬崖/边缘就会停下来转弯。
2. 地面感应———地面材质检测,帮助机器人决定清理范围以及清理模式。
3. 小物体检测———智能避障
4. 碰撞回避———避障
5. 板顶检测(Ceiling detection)————确定机器人是否能够自如穿梭而不被卡住。
6. 辅助安全返回充电桩(Safe docking assist)
如果同时采用多个传感器,可以巧妙地实现定位和追踪墙面等各种功能。
液位监测
Liquid Level Monitoring
液位监测是非常常见的应用领域,通常液体监测的难点在于凡是垂直入射到水中的光子,大部分会立即返回,而其他光子则会在水中反弹射、散射,导致测量结果往往不准确。我们采取的应对之策则是观察返回信号的强度。
图1图2
请注意中间图形中用深红色圈起来的部分,图1中的5006表示该区域的光子返回强度超过其他区域。
图2中77号绿色图形表示与液体的距离,其他数字都比较随机,只有高信号强度的数字比较接近,才能准确确定测量区域。其他数字都只是随机噪声。
但这个应用不局限于L5CX、L7CX或L8CX,而是取决于你想用哪个传感器,您的水箱有多大以及其他各种因素。总有一种传感器可以满足你的使用场景。
这个传感器不具有侵入性,体积小,可以节省时间和金钱,并且与计算机连接,可以运行数据。
内容物管理/计数
contentmanagement
在一个垃圾车里装上飞行时间传感器,当测量到垃圾桶装满再开走垃圾车,时间刚刚好。如果在卡车上安装足够多的飞行时间传感器,就能知道后备箱里的剩余空间,是否有东西移动或移位。
当然,如果将L5换成L7,就可以进一步扩大光照范围,使用的传感器数量也会减少。
其他应用可以大到在仓库中,俯视货架上的商店,查看货架库存,统计进出数量;小到在咖啡机上检测咖啡杯是否就位等等。
目前意法半导体的ToF传感器已经更新到第4代,我们的测量范围从10厘米逐渐延伸至4米。我们还在持续拓展,继续变强。我们已经售出8万套评估套件,400多个设备已经进入市场,这还不包括应用了这项威廉希尔官方网站
的数不清的手机。
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