智能家居的發展已經勢不可擋，而智能家電在智能家居中的占比最高。智能家電是將微處理器、傳感器技術、網絡通信技術引入家電設備后形成的家電產品，具有自動感知家電自身狀態、家電服務狀態，能夠自動控制及接收用戶在住宅內或遠程的控制指令。例如，我們可以通過智能手機、智能音箱指揮掃地機器人、電視機等家電工作。

家電的智能化要根據周圍環境自動做出適當響應，不需要人為干預。這種對周圍環境的自動感知，必然少不了傳感器的參與。近兩年推出的1D飛行時間（ToF）傳感器慢慢地得到了各大智能家居廠商的認可和廣泛應用。

幾種測距方案的比較以及應用

市面上常用的測距方案主要有紅外對管、接近傳感器、1D飛行時間傳感器和三角測距傳感器，其原理以及優缺點如下：

紅外測距方案的比較

紅外對管和紅外接近傳感器兩種測距方案比較適用于自動翻蓋和自動掀馬桶圈的衛浴、自動水龍頭等智能家居應用場景，因為這種場景對精度要求不高；但是高品質的衛浴和自動水龍頭也在向1D飛行時間傳感器的方案切換。

1D飛行時間傳感器更多應用在掃地機器人的障礙物識別和樓梯檢測，智能電視的人體靠近檢測，智能燈的靠近點亮，投影儀的人眼保護以及自動對焦功能，3D智能門鎖等應用場景。

接下來具體介紹1D直接飛行時間傳感器原理及以智能電視為例的應用。

1D直接飛行時間傳感器工作原理和優勢

以艾邁斯半導體新推出的可以檢測2cm~2.5m距離的TMF8801為例，其內部結構如下：

圖1：TMF8801內部結構圖

IR激光發射器（使用的是VCSEL）經過光學部件打出光子，同時給時間數字轉換器（TDC）發出一個開始的信號，光子遇到障礙物會反射回來，被TMF8801的接收端單光子雪崩二極管（SPAD）所接收，并導致SPAD發生雪崩，從而給TDC一個停止的信號，TDC通過計算開始和停止信號之間的時間，從而知道光子往返的飛行時間，光速已知，即可算出物體距傳感器的距離，是真正的飛行時間測量。

圖2：距離計算原理

TMF8801飛行時間傳感器的優勢

#1 直方圖輸出

TMF8801可以直接輸出直方圖數據，直方圖是數據分布的精確圖形表示，通過連續采集遇到物體反射回來紅外光的信號進行處理，反映TDC數據的分布情況，便于距離算法的精確計算。

圖3：玻璃蓋板和物體反射回來的數據直方圖

#2 抗油污和環境光的干擾

TMF8801無需要做污跡校準，具有抗污跡特性。因為第一個回來的反射信號永遠都是玻璃蓋板的返回值，而污跡和玻璃蓋板成為一整體，作為第一個反射信號。只不過有污跡后，第一個反射回來的信號會很強，相對比第二個反射回來被測物體的信號峰值較弱，TMF8801內置算法測的是兩次返回的信號峰值的時間差，所以污跡不會干擾TMF8801工作。

圖4：數據輸出演示圖

此外，發射的紅外光源波長在940nm，940nm的紅外光在環境光中的成分較少，干擾相對會小些。

#3 近距和遠距分段測量

TMF8801內置有算法可以根據測量的結果，可自動切換近距和遠距離模式，使近距和遠距的距離計算更加的精確。

#4 自動校準

校準分為兩種，一種是時間校準，TMF8801主要使靠紅外激光打出去和反射回來的時間來計算距離，所以對內置時鐘精度要求很高，為了避免時鐘偏差，TMF8801會自動以系統時鐘為標定，實時的校準。另一種是產線一次性光學校準，無需人工參與，只需保證在暗光或是無光環境下，且40cm內無遮擋，即可軟件觸發校準。

另外，TMF8801受照明角度的限制，可以放多顆1D飛行時間傳感器，擴大檢測的角度。

圖5：TMF8801芯片的接收角度和照明角度

1D飛行時間傳感器在電視機上的應用

2019年8月，華為發布了榮耀電視“智慧屏”，將智能電視推向了一個新的高度：酷炫的語音交互，手機與大屏間魔法互動，聯控智能家居，升降攝像頭拍照等，如果搭載1D飛行時間傳感器可實現更多應用場景。

眾所周知，看電視的距離關系著眼部健康：離電視越近，眼內的直肌收縮力也愈強，也就愈容易造成視疲勞，尤其是小孩子因自控力不足，不自覺就會靠近電視。如果電視裝有人體接近的方案，一旦檢測到人體進入一定范圍，就自動調暗或關閉顯示器背光并發出警告，提醒用戶遠離電視、保護視力。

在智能電視機上搭載多顆1D飛行時間傳感器可以多角度檢測不斷靠近的活動物體的距離，從而做出相應的反應。

圖6：多顆1D飛行時間傳感器在電視上應用效果圖

除了人體接近檢測外，1D飛行時間傳感器還可以搭配智能電視的攝像頭實現自動對焦功能。目前主流的相機對焦方案有兩種，一種是基于CCD半導體成像器件的聚焦方案，其利用物體光反射的原理，物體反射回來的光被相機上的傳感器CCD接收，通過計算機處理，帶動電動對焦裝置進行對焦。隨著相機的像素越來越高，對焦時間會越來越久。另一種是測距的對焦方案，使用1D飛行時間傳感器，可以直接給出對焦距離，提高了對焦速度，相對于其他對焦方案速度更快，成本更低。

總結

智能家居的發展擴大了傳感器的應用市場，而1D飛行時間測距傳感器作為傳感器家族的一員，有著更廣泛的應用場景，可以應用于許多日常的家電中，進一步升級智能家居產業，助力家電的智能化。
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