接近传感器 (Proximity Sensor)¶

基本信息¶

属性	值
物理量	近距物体检测
检测距离	0-10 cm (典型)
输出	二值 (近/远) 或连续距离值
功耗	~1-5 mA (活跃), ~1 μA (休眠)
Android 常量	`Sensor.TYPE_PROXIMITY`
iOS	系统级自动管理

工作原理¶

红外反射式¶

最传统的实现方式,由红外 LED 和光电探测器组成:

红外接近传感器原理 — 红外反射式接近传感器工作原理：IR LED 发射 → 物体反射 → 光电探测器接收

IR LED 发射红外光脉冲
若有物体靠近,红外光被反射回来
光电探测器检测反射光强度
强度超过阈值则判定为"近"

超声波式¶

部分机型 (如小米 Mix 系列全面屏) 使用超声波接近传感器:

利用扬声器发出超声波,麦克风接收回波
不需要在屏幕上开孔,适合全面屏设计
响应速度略慢于红外方式

电容式¶

利用人体与传感器之间形成的电容变化来检测接近:

适合屏下方案
功耗极低
受湿度、温度影响较大

典型芯片¶

芯片型号	厂商	类型	特点
TMD2772	AMS	红外 (ALS+Proximity)	集成环境光+接近
STK3x1x	Sensortek	红外	低成本方案
VL53L0X	ST	ToF 测距	精确距离输出
SX9320	Semtech	电容式	SAR 传感器 (比吸收率检测)

SAR 传感器

部分手机搭载电容式 SAR (Specific Absorption Rate) 传感器,用于检测人体靠近手机天线的情况,自动降低发射功率以符合辐射安全标准。

关键参数解析¶

检测距离与灵敏度¶

红外反射式传感器的接收光强遵循近似的逆平方关系:

\[I_{recv} \propto \frac{P_{emit}}{r^2}\]

实际检测距离受物体反射率影响较大 — 白纸的反射率 (~90%) 远高于深色衣物 (~5%),导致同一传感器对不同物体的有效距离差异显著。

响应时间对比¶

参数	红外反射式	超声波式	电容式
响应时间	1-5 ms	10-50 ms	5-20 ms
检测距离	1-10 cm	2-30 cm	1-5 cm
受环境光影响	有 (需调制)	无	无
受材质影响	大 (反射率)	小	仅导体
功耗	中 (mA级)	高	极低 (μA级)

串扰补偿¶

红外接近传感器中,LED 发出的光可能直接泄漏到旁边的探测器 (光学串扰),产生固定偏移。芯片通常内置 串扰校准 (Crosstalk Calibration) 功能:

在无遮挡环境下,测量背景串扰值
将此值存入寄存器作为基线
后续读数减去基线,消除固定偏移

应用实例¶

1. 迟滞阈值接近检测¶

def proximity_threshold_detector(signal, threshold_near=200, threshold_far=100):
    """迟滞阈值接近检测算法，避免近/远状态频繁跳变 (Schmitt 触发)
    signal — 接近传感器原始 ADC 读数列表 (值越大表示越近)
    """
    is_near = False
    events = []
    for i, value in enumerate(signal):
        if not is_near and value >= threshold_near:
            is_near = True
            events.append((i, 'NEAR', value))
        elif is_near and value <= threshold_far:
            is_near = False
            events.append((i, 'FAR', value))
    return events

# 示例: 模拟手接近又离开的传感器读数
readings = [20, 50, 120, 180, 250, 220, 150, 80, 60, 30, 15]
for idx, state, val in proximity_threshold_detector(readings):
    print(f"  采样 {idx}: {state} (ADC={val})")

2. 超声波回波测距¶

def ultrasonic_distance(echo_times, speed_of_sound=343.0):
    """超声波测距：根据回波往返时间计算距离
    echo_times — [(发射时间, 接收时间), ...] 列表 (单位: 秒)
    speed_of_sound — 声速 (m/s, 默认 20°C 空气中)
    """
    distances = []
    for t_emit, t_recv in echo_times:
        dt = t_recv - t_emit
        d_cm = (speed_of_sound * dt / 2) * 100   # 转为 cm
        distances.append(round(d_cm, 1))
    return distances

# 示例: 3 次测量 (发射时间, 接收时间)
samples = [(0.000, 0.00058), (0.100, 0.10062), (0.200, 0.20055)]
dists = ultrasonic_distance(samples)
for i, d in enumerate(dists):
    print(f"  测量 {i+1}: {d} cm")
print(f"  平均距离: {sum(dists)/len(dists):.1f} cm")