一种基于时间飞行传感器的距离检测系统及方法与流程

本发明公开了一种基于时间飞行传感器的距离检测系统及方法，属于距离检测。

背景技术：

1、目前，测距的主要技术手段主要有红外传感、超声波传感器、多普勒微波传感等。

2、主动红外因其成本低廉而应用广泛，其主要由一个红外发射管和一个红外接收管组成。红外发射管会发射一调制红外光信号，该信号在遇到障碍物后被反射回来，接收管通过接收该反射信号并判断反射信号的强度来判断障碍物的远近。然而，由于反射信号的强度不仅和障碍物距离有关系，还和障碍物的颜色有关，因为不同颜色的障碍物有不同的反射率，而且容易受到环境光的影响，故其可靠性比较低，无法输出一个准确的距离信息，只能通过调试设置一个粗略的触发门限，用于要求比较低的场合。

3、被动红外是基于热释电效应的一类传感器，由菲涅尔透镜和热释电传感器构成，其中菲涅尔透镜主要用来将被测区域内的人或者动物所发出的红外能量聚焦到感应窗口，感应窗口的滤光片会滤除特定波长之外的环境光。滤光片下面会有两个红外光敏感元，相向串接在电路中，在空闲状态时由于接收到相同量的环境红外光而相互抵消，故没有输出。当有人或者动物经过检测区域时，由于热释电效应其散发的红外能量首先被第一个敏感元检测到而产生一个正向的小信号输出，继而又被第二个敏感元检测到而产生一个负向的小信号输出，通过信号放大，传感器便可检测到附近人或者动物的活动。基于以上原理，我们不难看出，该类传感器可以感应检测范围内的人体或动物的移动，进而产生触发，静止的人体是无法检测的，而且在环境温度接近于人体温度的夏天，传感器可靠性会受到较大影响。传感器无法感知被测物体距离传感器的距离有多远。

4、多普勒微波传感器，顾名思义是基于多普勒效应工作的一类传感器，当被测对象相对于传感器运动时，根据多普勒效应，传感器发射的电磁波频率和接收到的由被测对象反射回来的电磁波频率不同，即产生频移，对该频移做信号调理便可产生一触发信号。该类低成本传感器和被动红外传感器一样只能检测目标的移动，而目标静止时无法检测到。

5、超声传感器是利用超声波作为载体的传感器，广泛用于各类测距及接近感应应用中，一般由一个超声发射器和一个超声接收器构成，发射器发射一个超声波脉冲出去，该脉冲遇到障碍物被反射回来被接收器接收，通过计算超声波的飞行时间乘以声波的速度，便可以得到障碍物的距离。常用的超声传感器可探测角度比较有限且体积较大，通常需要开音窗，不适合在工作环境较差的环境中使用。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提出一种基于时间飞行传感器的距离检测系统及方法，解决距离检测可靠性比较低、无法感知被测物体距离传感器的距离有多远、目标静止时无法检测到以及不适合在工作环境较差的环境中使用的问题。

2、本发明的技术方案包括：

3、根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于时间飞行传感器的距离检测系统，包括与pc终端串口连接的mcu控制单元，所述mcu控制单元分别与时间飞行传感器电性连接，所述时间飞行传感器分别与红外发光二极管及光敏二极管电性连接，所述mcu控制单元和时间飞行传感器分别通过稳压器和保护电路与外界电源电性连接。

4、优选的是，所述pc终端用于通过计算机串口与mcu控制单元之间进行信息的交流、数据的交换及时间飞行传感器校准过程的显示，所述mcu控制单元对时间飞行传感器的内部寄存器进行配置及数据读写，所述红外发光二极管用于发射调制信号，所述光敏二极管用于接收发射光到时间飞行传感器，所述时间飞行传感器用于接收反射光强度数据以及输出相位数据、接收反射光强度数据和环境光强度数据。

5、根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于时间飞行传感器的距离检测方法，应用于第一方面所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测系统，其特征在于，包括：

6、相应于检测程序，执行校准策略；

7、所述mcu控制单元通过i2c总线向时间飞行传感器发送触发信号，所述时间飞行传感器计算深度信息，并将信息数据存储在时间飞行传感器寄存器内；

8、所述时间飞行传感器发送数据就绪信号至mcu控制单元，所述mcu控制单元读取相应寄存器地址内的信息数据。

9、优选的是，所述信息数据至少包括：相位、反射光强、温度和环境光信息。

10、优选的是，所述校准策略，包括：频率校准、内部干扰校准、亮度干扰校准、亮度干扰校准、相位偏移校准系数、相位温度校准和相位环境光校准系数。

11、优选的是，所述时间飞行传感器计算深度信息，包括：

12、所述时间飞行传感器通过公式(1)计算深度信息：

13、

14、其中：d为深度距离，po为相位，c为光速，fmod为调制频率取10mhz。

15、本发明相对于现有而言具有的有益效果：

16、本发明公开了一种基于时间飞行传感器的距离检测系统及方法，具有精确距离输出的时间飞行传感器，直接距离输出，无需占用mcu计算资源；不受物体是否移动影响；体积小巧灵活，不受物体颜色及反射率影响：高动态范围(hdr)，更高可靠性，更好的环境适应性，日光免疫，可在日光下可靠工作。

技术特征：

1.一种基于时间飞行传感器的距离检测系统，其特征在于，包括与pc终端串口连接的mcu控制单元，所述mcu控制单元分别与时间飞行传感器电性连接，所述时间飞行传感器分别与红外发光二极管及光敏二极管电性连接，所述mcu控制单元和时间飞行传感器分别通过稳压器和保护电路与外界电源电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测系统，其特征在于，所述pc终端用于通过计算机串口与mcu控制单元之间进行信息的交流、数据的交换及时间飞行传感器校准过程的显示，所述mcu控制单元对时间飞行传感器的内部寄存器进行配置及数据读写，所述红外发光二极管用于发射调制信号，所述光敏二极管用于接收发射光到时间飞行传感器，所述时间飞行传感器用于接收反射光强度数据以及输出相位数据、接收反射光强度数据和环境光强度数据。

3.一种距离检测方法，应用于权利要求1或2所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测系统，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测方法，其特征在于，所述信息数据至少包括：相位、反射光强、温度和环境光信息。

5.根据权利要求3所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测方法，其特征在于，所述校准策略，包括：频率校准、内部干扰校准、亮度干扰校准、亮度干扰校准、相位偏移校准系数、相位温度校准和相位环境光校准系数。

6.根据权利要求5所述的一种基于时间飞行传感器的距离检测方法，其特征在于，所述时间飞行传感器计算深度信息，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于时间飞行传感器的距离检测系统及方法，属于距离检测技术领域，包括与PC终端串口连接的MCU控制单元，所述MCU控制单元分别与时间飞行传感器电性连接，所述时间飞行传感器分别与红外发光二极管及光敏二极管电性连接，所述MCU控制单元和时间飞行传感器分别通过稳压器和保护电路与外界电源电性连接。本发明具有精确距离输出的时间飞行传感器，直接距离输出，无需占用MCU计算资源；不受物体是否移动影响；体积小巧灵活，不受物体颜色及反射率影响：高动态范围(HDR)，更高可靠性，更好的环境适应性，日光免疫，可在日光下可靠工作。

技术研发人员：陈凤秋,潘泽洵,贾刚,张国辉,李飞,刘潇
受保护的技术使用者：长春一汽富晟集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15