接近感应传感器在我们的生活中起着重要的作用，广泛存在于智能家用电器中，如自动感应水龙头、自动感应空调、自动检测和避免障碍清扫器和自动打开和关闭的走廊灯等。目前，接近感应的主要技术手段包括红外传感（包括主动红外和被动红外）、超声波传感、多普勒微波传感和红外飞行时间（ToF）等。每一种技术手段都有其独特性、优缺点，下面我们就来讨论一下。
主动红外因其成本低而被广泛使用，主要由红外发射管和红外接收管组成。红外发射管发射一个调制红外光信号，在遇到障碍物后反射回来。接收管通过接收反射信号和判断反射信号强度（即反射幅值）来判断障碍物的距离。然而，由于反射信号的强度不仅与障碍物的距离有关，而且与障碍物的颜色有关，因为不同颜色的障碍物反射率不同，容易受到环境光的影响，其可靠性相对较低，无法输出准确的距离信息，只能通过调试设置粗略的触发门限 ，用于要求较低的场合。
被动红外是一种基于热释电效应的传感器，由菲涅尔透镜和热释电传感器组成。菲涅尔透镜主要用于将被测区域内的人或动物发出的红外能量聚焦在感应窗中。感应窗的滤光片将过滤掉特定波长（通常是人体发出的红外波长）以外的环境光。滤光片下会有两个红外光敏感元，在电路中相互串联空闲状态下，由于接收相同数量的环境红外光，它们相互抵消，因此没有输出。当有人或动物通过检测区域时，由于热释电效应，红外能量首先被第一个敏感元检测到，产生正小信号输出，然后被第二个敏感元检测到，产生负小信号输出，通过信号放大，传感器可以检测到附近的人或动物的活动。基于上述原理，不难看出，这种传感器可以在检测范围内感知人体或动物的运动，然后触发。静态人体无法检测到，在环境温度接近人体温度的夏季，传感器的可靠性将受到很大影响。传感器无法感知被测物体与传感器的距离。
图1 主动红外
图2 被动红外原理
图3 被动红外传感器内部结构
顾名思义，多普勒微波传感器是一种基于多普勒效应的传感器。当被测对象与传感器相比移动时，根据多普勒效应，传感器发射的电磁波频率与被测对象反射的电磁波频率不同，即产生频移，可以通过调节频移来触发信号。像被动红外传感器一样，这种低成本传感器只能检测目标的运动，而目标静止时无法检测到。
超声波传感器是以超声波为载体的传感器，广泛应用于各种测距和接近感应应用中，一般由超声波发射器和超声波接收器组成，发射器发射超声波脉冲，脉冲遇到障碍物被接收器接收，通过计算超声波飞行时间乘以声波速度，可以得到障碍物的距离。常用的超声传感器检测角度有限，体积大，通常需要开窗，不适合工作环境差的环境。
基于光的飞行时间传感器是近年来发展起来的一种新型传感器，在许多领域得到了广泛的关注和应用。这种传感器是如何工作的？它的优点是什么？这应该从它的工作原理开始。
ToF全称为Time of Flight, 也就是说，飞行时间通常以红外光为载体，通过连续向目标发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测这些发射和接收光脉冲的飞行（往返）时间来获得目标距离。获取光飞行时间通常有两种方法，一种是基于光学快门法，另一种是基于连续波相位差法。
基于光学快门的原理非常简单，发射一束脉冲光波，通过光学快门快速准确地获得三维物体反射光波的时差t，由于光速c已知，只要知道照射光和接收光之间的时差，就可以公布来回距离d = t/2· c。 这种方法的原理看起来很简单，但在实际应用中仍然有很大的挑战，比如控制光学快门开关的时钟要求非常高的精度，产生高精度和高重复性的超短脉冲、照射单元和TOF传感器需要高速信号控制，以达到高深度测量精度。 假如照射光和ToF传感器之间的时钟信号发生在10ps偏移，相当于1.5mm位移误差。
相位偏移法的实际应用更多。如图4所示，基于ToF红外光发射器和返回光接收器主要由红外光发射器和返回光接收器两部分组成。发射器发射连续高频调制光信号(如10)MHz），调制光在遇到障碍物后被反射，少数反射光被接收器接收。如图5所示，相位差随距离的变化而变化。距离越大，相位差越大。通过处理电路提取相位差并计算障碍物的距离信息。
图4 单点ToF传感器框图
图5 发射光信号与返回光信号的相位差
基于相位偏移法ToF该技术易于集成和实现半导体技术，可以大大提高接近传感器的性能，同时具有较高的性价比。在实际应用中，传感器通常需要有一个宽视角来检测整个视角范围内障碍物的距离信息。德州仪器的最新参考设计是具有抗日光功能的宽范围（120° FOV，1.6 米)接近传感参考设计提供了一个宽视角接近传感解决方案，可以输出准确的信息。参考设计采用德州仪器最新单点ToF模拟前端芯片OPT3101。
OPT3101 是高速、高精度的单点 ToF 的模拟前端 AFE(基于连续调制波的算法)用于接近感应和目标对象 探测身体的距离。如图6所示，芯片集成了完整的深度/距离处理单元- ADC、时序发生器和数字处理 发动机和发射光二极管驱动电路(最大) 155mA）。因此，系统只需连接外部光源发射和调制光信号 外部光电二极管 Photodiode 将发射光接收到芯片输入端。同时由于集成较高的环境光抑制能力，芯片能够 在较强的环境光条件下工作(如 130Klux），甚至 1000 比信号强度倍(如 200uA 环境光 vs 200nA 的信号 强度）。包括芯片输出数据 16bit 的 Phase(景深/距离)数据，15bit 接收反射光 Amplitude 强度数据 和 9bit 通过环境光强度数据，通过 I2C 接口（Slave）输出。芯片另一个 I2C 接口（Master）是连接外部温度 传感器(如有必要，芯片本身已集成温度传感器)用于温度校正功能。
图6 OPT3101内部结构图
图6显示了设计原理框图，因为OPT3101集成度高，传感器外围设备非常简单，主要由三个红外发射管和一个红外接收管组成。MCU负责对OPT配置3101内部寄存器，读取数据。设计可实现120度视角范围内障碍物的距离检测，其中每根红外发射管负责40度，共120度。如图7所示，红外接收管的视角大于120度，中心频率与发射管一致。
图7红外接收管的视角
该传感器具有以下优点：
1.接近传感器输出精确距离
无需占用直接距离输出MCU计算资源
随意设置触发门限
不受物体是否移动的影响
体积小巧灵活
2、120度宽视角
整个视角分为三个区域，由三个发射灯覆盖
可以识别物体在哪个区域
3、不受物体颜色及反射率影响
高动态范围（HDR）
更高可靠性
4.更好的环境适应性
阳光免疫，在阳光下可靠工作
黑暗环境不受影响