TOF飞行时间技术之用来做什么

TOF（Time of Flight）飞行时间测距的基本原理

TOF 是一种通过测量光信号从发射端往返目标物体的时间来计算距离的技术。如下图所示，激光器(Emitter)发射一束光，打到物体上被反射回来，探测器(Sensor)感应到后，测算飞行时间，那么：

• 距离 = 飞行时间 / 2 * 光速

  

                                                            TOF基本原理

TOF 分为两种类型:

• 直接 TOF（dToF）：发射特定波长的光束，例如940nm(纳米), 接收时过滤其它波长的光。
• 间接 TOF（iToF）：把光调制为脉冲形式，计算反射回来的光波的相位差，计算时间，如下图。

  

                                                                 iTOF原理

TOF 与红外、超声雷达、毫米波雷达的区别

从下图可以看出：

• TOF: 适合小范围高精度测距，受环境影响较小，高端可以做3D扫描，手势、人脸识别。
• 超声波雷达: 适合较大范围测距和感应，例如倒车雷达，车位感应。
• 毫米波雷达: 适合较大范围高精度测距，不受环境影响。汽车和人体感应应用多。
• 红外: 适合人体感应类应用，不适合高温的环境。

  

                                             TOF-超声波-毫米波-红外的区别

ST(意法半导体)做了什么

TOF一般应用在高端的场景，例如手机上的人脸识别，汽车的自动驾驶，稍低端的有扫地机器人等。ST(意法半导体)以及国内一些传感器供应商为个人用户开发了许多低成本的TOF芯片(模块)。如下图，ST把激光收发，信号测量等模块全封装到一个模块内，用户只要简单的操作即可获取距离，信号强度，环境光强度等信息。单区检测适合距离测量，多区检测适合3D扫描应用。

                                                    ST的TOF芯片(模块)

我们做了什么

ST公司(意法半导体)的VL53L3CX系列，体积一般芯片大小，成本10元人民币左右，我们用来做智能家居及距离测量等产品(DEMO)。

                                                              TOF芯片外观和尺寸

这系列的TOF芯片与普通的感应传感器有一些不同，它不但能测量距离，同时还会返回信号强度，环境光强度这两个实时值。通过信号强度可以区分是人还是小飞虫(有的感应开关，小飞虫飞过也会亮)。通过环境光强度可以设置晚上才亮，白天不亮，可以做小夜灯之类的应用。

                                                       LED灯TOF感应开关PCB

随着智能家居的兴起，人们越来越愿意用手机控制硬件。我们也配备了蓝牙功能，节省硬件成本和产品体积。用户只要使用微信扫二维码，即可以打开微信小程序，然后自动通过蓝牙连接该设备，用户就可以自定义配置参数了。

                                                                微信小程序界面

台灯

如下图，我们的demo板加上5V供电的LED灯带组成了一个台灯，比普通台灯还要节省空间。是手扫感应开关，还有人体存在感应，如果人不在感应范围内，过一段时间灯自动熄灭，这个延时时间可以通过微信小程序设置。

                                                                           台灯

小夜灯和化妆灯

如下图，中间右边绿光位置是TOF demo板，一路开关控制往下走线的LED灯，当指定范围内有人时就会开（白天不开）。另一路开关控制往上走线的LED灯，需要人挥手感应开关，这一路LED灯带围着墙上的镜柜绕了两圈，给美女们化妆时补光用。

                                                                 小夜灯和化妆灯

手扫感应灯

有些厨房顶部的吸顶灯往往在身后，灯打下来，前面的切菜区会有阴影，因此前面需要有一个补光灯。在厨房操作时，手往往比较脏，感应开关要比实体开关更适合。
下图是一个安装在厨房的手扫感应灯，是TOF demo板和一个LED灯条组成，与台灯功能一样，都是通过手扫感应开关。人离开一段时间后自动熄灭。

                                                                     切菜补光灯

人体或手扫感应探头

下图包括三部分，右上白色盒子是LED灯电源，支持AC 220V转DC 12V或DC 24V，可外挂对应电压的LED灯带，控制方式支持人体感应，手扫感应等。

                                                               LED灯及感应开关

户外液位测距设备

有些地方需要抽水到楼顶储水罐，如何得知液位高度呢，有的做法是使用浮球控制抽水开关，有的做法是人工控制开关，抽到溢出为止。本方案使用TOF来测量液位高度，设备配置光伏充电模块和蓝牙模块，用户可以通过微信扫描二维码连接设备，查看实时液位水平。

                                                      户外太阳能液位检测

你认为应该是什么

以上的方案和demo有实际作用吗？未来会成为产品吗？或者应该做成什么样子呢？请给出你宝贵的意见，谢谢。