面對突如其來的疫情，各行各業都在努力用專業為戰“疫”助力。體溫測量和人員追蹤是此次防控疫情的重要手段。隨著各地陸續復工，寫字樓、園區等上班場所為測體溫排起長隊的現象多有出現。如何既能完成體溫排查，又能減少對人們正常工作生活的影響，以及避免因排隊測溫引起的病毒傳播風險，成為社會復工過程中的一個重要需求。
ST ToF VL53L1X產品助力人臉門禁測溫系統，該方案ToF主要工作目的是，上報被測人臉和熱電堆傳感器的距離，以便算法對熱電堆傳感器精度的衰減進行溫度補償，這樣能大大提高體溫的測量精確度。雖然ToF的代碼裡面能夠返回的不僅僅是距離的數據，還有返回的光子量以及環境光干擾，但是對於大部分產品的應用來說，都是需求ToF的測量距離，本方案也是需求ToF的測距數據，然後根據被測量人臉的距離用算法來對溫度進行補償，溫度的檢測一般都是有一定的衰減，只有通過算法的加持，才能保證產品的精確度。
本方案主要是介紹ToF VL53L1X產品的應用，下面我們對ToF的原理技術、代碼流程做一個簡單的介紹。
VL53L1X是基於意法半導體專利FlightSense™技術的第三代雷射測距傳感器，是最先進的飛行時間（ToF）雷射測距傳感器，豐富了ST 的FlightSense™產品系列，可在有挑戰性的操作環境下提供最佳的測距性能，即使傳感器部署在一個深色保護蓋板後面。它包含一個SPAD（單光子雪崩二極體）感應器陣列、一個基於人體一級安規VCSEL（垂直腔面發射雷射器）的集成的940nm不可見光源、以及一個低功耗嵌入式微控制器。該新一代傳感器的SPAD陣列上集成了一個鏡頭，可測量高達4米的距離，可在有挑戰性的操作環境下提供最佳的測距性能，即使傳感器部署在一個深色保護蓋板後面。
模塊系統框圖：
與傳統的IR傳感器不同，VL53L1X使用ST專有的FlightSense™技術，確保了在任何目標顏色和反射率時的絕對距離測量。它還能通過對接收陣列上感興趣區域（ROI）的大小和位置編程來降低傳感器視場角（FoV）。VL53L1X設備接收器傳感陣列由16x16 SPADs(單光子雪崩二極體)組成，全對角線視場角FoV是27°，用戶可以通過軟體來自行選擇，但是最小的ROI配置為4x4 SPADs。一般應用場景如果不是因為障礙物干擾了FoV與被測物，都不建議客戶去更改FoV，因為減小FoV會影響ToF測距性能，例如用17% 的灰卡作為被測物，設置4x4 SPADs，那只能測45cm左右的距離了。
接收陣列感興趣區域（ROI） ：
調整FoV相關代碼參考：
下面我們對ToF的整個測距流程結合代碼進行分析，首先我們先看一下整體的測距流程框圖：
一：等待device boot 就緒，VL53L1_WaitDeviceBooted() 函數的作用是確保設備已經啟動並準備就緒；
二：DataInit，調用VL53L1_DataInit()函數，在這個函數裡可以根據設計電路、應用需求進行配置：
如：默認的IOVDD供電電壓為1.8v,如果採用2.8v的供電方式，那需要在此選擇2V8 power mode 代碼部分；還有對VL53L1_CHECKENABLE_SIGNAL_RATE_FINAL_RANGE和 VL53L1_CHECKENABLE_SIGMA_FINAL_RANGE的閾值進行設置，SIGNAL是計算距離值的最少光子數目量，單位是MCps；SIGMA是對測量結果標準差的估計，單位是mm。如果SIGNAL或SIGMA超出了限制，則將測距標記為無效。
三：StaticInit，加載設備設置；
四：設置測距模式，調用VL53L1_SetDistanceMode函數，有三個模式可以配置，短距離，中距離和長距離，用戶可以根據應用的不同，選擇對應的模式。Short模式測距能力在130cm左右, Medium模式測距能力在300cm左右, long 模式測距能力在400左右，這裡設置的是long 模式。
五：Timing Budget設置，調用函數VL53L1_SetMeasurementTimingBudgetMicroSeconds。Timing Budget是用戶執行一次範圍測量所分配的時間，一般來說Timing Budget設置長點，對於測量數據越精確。
六： Inter measurement budge設置，inter measurement是兩次測距操作之間的延遲。inter-measurement最小值必須大於Timing Budget +4毫秒。如果不滿足這個條件VL53L1_StartMeasurment函數將返回一個錯誤代碼(VL53L1_ERROR_INVALID_PARAMS)。
七：調用VL53L1_StartMeasurement()函數來啟動測量，測量模式包括輪詢和中斷模式，從代碼中可以看出，列印出的數據包括：RangeStatus、RangeMilliMeter、SignalRateRtnMegaCps、AmbientRateRtnMegaCps。RangeStatus含義是當前數據的狀態，根據返回值來判斷測量的數據有效性，以及其它的FAIL項目；RangeMilliMeter代表毫米級的測量數據；SignalRateRtnMegaCps代表返回的光子量數目；AmbientRateRtnMegaCps代表的是環境光干擾的光子量數據。
八：下面是串口列印出的四組RangeStatus、RangeMilliMeter、SignalRateRtnMegaCps、AmbientRateRtnMegaCps信息：
另外還有要注意的是，雖然每顆晶片ST在出廠的時候都已經做過校準，但是由於我們在應用的時候有增加保護蓋，以及產線焊接造成的一些干擾，那如果對測量的精度有一定的要求，那需要我們對整機產品出廠時做相關校準，包括 RefSPAD, offset 和 crosstalk的校準；
對於進行存在性檢測，可基於閾值和中斷設定，啟動自動低功耗模式，它能調整節省系統功耗，當檢測到人或物體時自動關閉或喚醒主機。VL53L1X具有完整的文檔包，例如源代碼和軟體API（應用編程接口），它與一系列微控制器和處理器兼容。X-NUCLEO擴展板、衛星板和相關的開發生態系統使得應用軟體開發和向系統集成變得非常容易。
►場景應用圖
►產品實體圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►ToF技術原理示意圖
►核心技術優勢
1，長距離：高達400cm的絕對距離測量 2，快速：支持100 Hz的測距頻率 3，高精度測距 4，用戶檢測：以 <1.5mW達成 5，完全集成的小型化模塊：4.9 x 2.5x 1.56 mm 6，傳感器可部署在保護蓋片後方 7，接收陣列上興趣區（ROI）的大小可編程，視場角（FoV） 可調整 8，接收陣列上興趣區（ROI）的位置可編程，可從主機進行多區域操作控制 9，模塊化設計，方便集成
►方案規格
1，典型全視野（FoV）： 27 ° 2，發射器：940 nm不可見雷射器（1類） 3，SPAD（單光子雪崩二極體）接收陣列配集成透鏡 4，運行高級數字固件的低功耗微控制器 5，引腳排列兼容VL53L0X FlightSense™測距傳感器 6，單回流焊元件 7，單電源（2v8） 8，I²C接口（可達400 kHz） 9， 停機和中斷引腳