距离传感器指南

在处理与周围物体交互的项目时，通常需要你选择一个距离或范围寻找传感器。例如，你可能会在人体存在检测、机器人技术或工业应用中使用距离传感器。项目将要部署的应用和环境可以是决定查看哪种传感器的一个重要指导因素，因为在某些条件下，有些传感器的性能会优于其他选项。

传感器类型

根据你的应用，你通常会从三个主要类别中选择距离传感器：

• 光学
• 电磁
• 声学

光学传感器

光学传感器通常使用飞行时间方法工作，计算激光或其他光源击中目标所需的时间。一些光学传感器纯粹基于反射回来的光量工作。光学传感器在较暗的环境中表现最佳，而在直射阳光下则不然，因为传感器捕捉到它发射的光线与背景光相比较难。其中，反射传感器通常最适合白色或浅色物体，感测的范围可以根据它指向的物体的颜色而有很大的变化。

电磁传感器

感应式

在电磁传感器中使用了多种感测方法。在工业应用中，你通常会发现使用感应传感器进行接近检测。当金属物体靠近时，它会使传感器的线圈失谐，这可以用来测量接近度，尽管通常范围非常有限。

电容式

电容传感器可能是你最常接触的距离传感器。每次你与手机的触摸屏互动时，你都在使用一个电容距离传感器。电容触摸/接近传感器是非常短距离的传感器，缺乏测量确切距离的能力。你不会找到一个预制的电容距离传感器，就像你会找到其他类型的传感器一样，相反，你会找到一个集成电路，你需要将其连接到几个组件和一个板（PCB轨迹、多边形倒装或外部）上，这将充当电容器，具体取决于你所需的感测范围。

雷达

使用雷达波的雷达基传感器可以提供非常长的范围和极其精确的测量。提到雷达时，人们通常会想到价值百万美元的天气、空中交通控制或类似的雷达装置，这些装置拥有巨大的天线阵列或者安装在圆顶内的碟形天线，但你可以获得一个与本指南中讨论的其他传感器大小和价格相似的完整雷达传感器。

声学传感器

声学传感器，如声纳，几乎完全在超声波范围内操作。如果它们在人类能听到的范围内操作，它们会不断发出嗡嗡声，当我们使用它们时会让我们感到疯狂。你可能最熟悉的超声波传感器是汽车停车辅助装置，当汽车认为你离某物太近时会发出哔哔声。超声波传感器的主要缺点是在有风的条件下性能降低，以及同时使用多个利用相同频率的传感器的能力有限。此外，被感测的物体需要大致垂直于传感器。

选择考虑因素

在选择距离传感器时，你需要考虑几个标准：

• 所需范围
• 环境
• 视场范围
• 外壳/封装
• 协议/接口

最可能的是，你的主要考虑因素将是感测范围，包括最小和最大范围。一些应用，如在通话期间关闭手机屏幕的接近传感器，可能只需要知道某物是否在范围内，而其他应用可能想要知道一个精确的距离。你会发现光学传感器可以测量从大约五毫米到大约40米的范围，提供在所有可能的技术中最多样化的可能性。电容和感应传感器通常限于几十毫米，而超声波传感器的操作范围从几十毫米到几米。

如前所述，一些传感器除了大多数电子组件适用的典型温度范围外，还有环境限制。主要是指光学传感器，它们可能受到明亮的环境光或直接照射到传感器本身的光的影响。

大多数传感器具有锥形的感测范围，这对你的应用可能不是问题，但应该记住。通常，范围较长的传感器具有较窄的视场。像大多数电磁辐射模式一样，最大范围通常直接在传感器前方，随着你接近最大视场范围，感测效果会逐渐减弱。如果你正在寻找在设备周围的宽阔区域或在非常狭窄的区域内检测存在，这可能对你的应用至关重要。

Parallax Ping))) 感测范围（来自数据手册）

如果您正在构建的传感器需要安装在一个封闭的外壳内的电路板上，这可能会强烈影响您的选择。光学传感器通常需要一个红外透明窗口来“看穿”，这可能会极大地限制外壳设计。雷达、电容和感应传感器需要能够发射电磁波，这通常意味着您不能使用金属，并且必须使用塑料或玻璃纤维之类的孔径。超声波传感器几乎总是需要完全暴露。虽然有些传感器集成了覆盖物，但您可能无法在传感器上放置任何形式的外壳。

许多用于测距的传感器都有一个模拟输出，该输出要么是比例的，要么在一个固定范围内。更现代的传感器利用SPI、I2C或提供一系列接口。如果您使用传感器来简单检测物体进入其范围，可以使用模拟输出并配合一些基本电路来为休眠的微控制器生成中断。另一方面，数字协议允许更准确的距离感测，因为它们将根据设备响应的公式（该公式比您可能在数据手册中给出的或在微控制器上使用的公式更准确或复杂）内部执行转换。

组件建议

光学

ST Microelectronics VL53 系列

（最高2米） （最高4米）

Sharp GP2Y0A系列红外反射距离传感器多年来一直是低成本光学传感器的王者，但ST的新产品轻松夺走了它的宝座。我在许多项目中使用过Sharp传感器，但我将在过去使用Sharp传感器的所有项目中使用VL53系列。这些是微小的、性价比高的传感器，可以在玻璃后工作——比如你在智能手机中找到的——并使用相位测量而不是反射。如前所述，反射很难从中获得准确的测量，因为较暗的物体会有较低的反射率，因此看起来比同一距离的白色物体更远。通过使用飞行时间测量，这些传感器能够精确测量物体，无论颜色或阴影如何，使它们更加可靠。由于它们仍然只能在物体反射的红外激光上工作，明亮的环境光（如阳光）中包含的IR成分可能会减少这些传感器的有效范围。

这些传感器非常受欢迎，正如您从上面链接中的大量断路板选项中看到的那样。此外，如果您需要非常短距离的感测，还有VL61传感器，能够读取最大100毫米的距离。

感应

Panasonic GX 系列

Panasonic GX系列是一系列感应式接近开关，提供了多种开关距离。它提供了工业设备所需的卓越重复性和精度。它比其他选择更昂贵，但对于我的应用来说，精度更为重要。你可能会在任何与CNC相关的东西中使用这些，用于非接触式归位或限位开关，作为编码的手段计数齿轮齿，或用于3D打印机床平整。

TI LDC1101

如果你不是在寻找一个非接触开关，那么TI LDC1101让你可以构建你需要的传感器。连接一个线圈和一些被动元件，你就可以快速感应金属物体的大小或距离。你还可以构建非常高计数的旋转编码器，这些编码器在油腻条件下工作良好，或者在你的线圈的感应场内测量金属物体的微米级旅程。

电容式

如果你有一个微控制器，你可以用仅仅两个引脚、一个电阻和一个大铜面积相当粗略地测量电容变化。

TI FDC1004Q

如果你正在寻找更精确的东西（远远超过粗略方法！），TI的电容转数字转换器是构建自己的电容式接近传感器的成本有效方式。与上面的感应部分一样，这允许你根据需求构建电路，使用电容板而不是线圈。使用电容传感器，你可以测量微米级的距离变化，或者仅仅是人类的接近。电容传感器非常适合在人接近时点亮显示屏或界面。我的汽车卫星导航通过电容接近感应很好地利用了这一点，只有当你的手接近时才在屏幕底部显示用户界面按钮，否则地图占据整个显示屏。

雷达

Acconeer A111

几个月前我发现了这个宝石，结果发现它已经开发了很长时间，他们投入了大量工作来开发这样一个微型雷达单元。可用范围限于大约两米，最小距离为60毫米，然而，它确实具有毫米级的绝对精度，相对精度远低于此。因为它使用雷达，你可以将其隐藏在塑料或玻璃纤维外壳后面，而不会有任何外部可见的传感器迹象。如果你正在构建可穿戴电子产品或互动设备，这个特性允许一个干净的外观。这个传感器是我非常渴望在即将到来的项目中使用的！

超声波

Maxbotix Sensors

Maxbotix的超声波传感器系列多年来一直是行业标准，原因很充分。它们既易于使用又相对精确，并且提供了许多感应距离和视场范围的选项。与稍微便宜一些的双收发器模块（如Parallax Ping单元）相比，它们只需要一个超声波收发器，因此更容易集成到产品中。

有各种各样的距离传感器适用于更广泛的应用场景。每种传感器都有其优点和缺点，我希望这篇文章能够让你对哪种传感器最适合你的应用有足够的了解。如果你觉得这篇文章有帮助，请随时查看我的其他文章，这些文章讨论了构建电子产品的其他方面。

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