红外线是不可见光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。而随着微电子学的日益发展，红外测距仪向着小型化，多功能，高精度，长测程的方向不断改进，新的产品层出不穷。
红外测距的分类
基于不同的测距原理笔者介绍三类测距仪方法：
方法一：作为电磁波一种表现形式的红外线在真空的传播速度已知（即光速），所以只要向被测物体发出一束红外线，并记录下开始时刻，当这束红外线被物体反射回来时再记录下结束时刻，那么被测距离就等于光速乘以往返时间的一半。直接应用这一原理的激光测距仪被称为脉冲式激光测距仪。而由于光速很快，所以当测量距离很短时，这个往返时间因为过小而难以测准并会因此产生较大误差。为解决这一问题，可以使用相位式激光测距仪，它通过对激光调制，对比发射和接收到的激光上调制信号相位的不同计算出距离差。如果所测的只是两点之间的距离而没有被测物体或被测物体的漫反射的话，需要在目标点安插反射棱镜。时至今日，借助红外激光器及其它科技附件的帮助所制成的专业测距仪测程长（借助棱镜的帮助，远程测距仪可达到几十千米的测程），精度高（精密测量仪的精度可达到0.1毫米），体积小，功能也多。
方法二：利用几何原理进行距离计算。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如上图所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度oc，偏移距L，中心矩×，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D，就可以通过几何关系计算出来了。应用该原理制成的测距设备体积很小，便于集成，测程较短，制成模块后非常适用于机器人避障。下图所示为SHARP公司生产的GP2D12红外测距模块。
方法三：红外扫描测距。将红外发射管与接收管组合按照规则排布成网格，利用光沿直线传播这一特性，当有物体入这一区域后会阻挡发射管发出的光，对应的接收管由于接收不到这一光线而发出与正常情况不同的电信号，通过IC的处理，就可算出物体在区域内的相对坐标或相对距离。这种测距方法适用于短距离测距，精度也可以做得比较高，而且测速非常快。
自制实用的红外测距电路
如果要自制一个适用性强的红外测距电路的话，采用红外扫描测距法显然比前两种方法有优努。与光速测距法比，它制做工艺简单，成本也要低廉很多，手工就能完成。由于它测距精度和范围取决于红外管的性能和排布方式，所以适用范围远大于采用集成芯片的几何法。例如，用红外扫描法自制的测距电路可以制做立定跳远测试仪。
近几年，国家中小学体育测量仪器改革，全国很多中小学都淘汰了传统的测量仪器，引进了电子测量仪器。这些仪器，精度高，可靠性好，简化了体育测量工作，其中一项就是立定跳远。一种替代原始方法的电子测量仪是基于导电胶垫和网状布线的，落脚点由于压力使部分网格导线导通，然后MCU检测这些点计算出距离。只是这种设备结构耐用度不够，容易损坏，而且测量精度不够，误差很大。而红外线测距，恰恰可以避免上述方法的缺点。
(1)红外测距硬件电路的搭建
红外扫描测距的核心部分是红外发射管和接收管。红外发射二极管采用普通的+5红外发射管，测量系统采用TOSP1756型号的红外接收管，敏感频率为56kHz。
发射管使用三极管驱动电路，按8个红外发射管一组，进行分组。这是因为扫描管要覆盖一定面积，因此数量很多，采用4051进行分组扩展可以有效节约单片机的管脚，而且可以按组进行时分扫描。通过合理安排点亮时间，可以在不过多损失探测时间的基础上大大减小系统功耗。
上图为其中一组，其余各组与此类似。其中R1为1k?限流电阻，Q1—Q8是开关三级管，其基极接收控制信号，信号为高电平时开关打开，反之则关闭。接收管也同理按8个一组进行分组，下图其中一组，其余各组与此类似。其用J1—J8表示接收管。由于TOSP1756内部集成有解调电路，所以J1~J8的输出管脚D1~D8输出的电平高低代表与之对应的发光二极管所发的光是否被阻挡。这个信号可以上传给单片机，由单片机判断是哪条光路被阻挡，结合这对管所在的位置算出距离。
主控电路原理图如下图。其控制芯片采用ATMEL的AT89S52单片机。7805及周边电容组成电源电路，J6是ISP接口用来下载程序，J5是串口通讯接口，S1是复位按键。NE555用来产生56kHz的调制信号，74244安排每组二极管的点亮时间。DS1302是万年历芯片，Y2及周边电容为其提供时钟。J2为LCD串口控制接口和J7~J9的按键一起用来做人机交互。以上都是常用芯片，详细的使用方法请参考对应的数据手册。
(2)红外测距仪的工作流程
为满足国家中小学生体育测量标准，我们让仪器的测量精度为1厘米，考虑到实际测量时学生的成绩差值，我们将测量有效范围定为1米，这样需要有100对红外发射与接收管。安放示意图如下图。
红外发射管按照预设的点亮时间依次点亮，并监视与之对应的接收管的输出电平。循环这一过程。如果在100组内每一组中红外发射管发出的信号都被对应的接收管接收到，则主控程序认为没有人跳入扫描区。当测试者落在测试区内一段时间后（比如500ms，这个时间由预设的每只发射管的点亮时间与发射管数目的乘积确定），扫描区内会有部分的接收管由于被遮挡而收不到红外管发出的光，这些管的序号被单片机计下，反复扫描之后，主控程序将离起跳点最近的一个接收管的序号作为最终的成绩，这样该序号乘以管间隔再加上扫描区到起跳点的距离就可以计算出测试者的成绩。由于测试者站立不稳向后倒再站稳时要以后脚点为成绩，向前倒又不能以新的后点距离计算，所以确定成绩时需反复扫描几遍。不过由于扫描过程频率很高，所以实际测量时并不会感觉有明显延迟。下图所示的立定跳远测试仪就是用以上原理和电路实现的。
红外扫描测距法的其它应用
不单是立定跳远，在奥运会的跳远比赛中，这套电路也非常实用。有时我们看到跳远选手如果起跳犯规，显示屏上就会立即发布他超过起跳线的距离，并能准确报告每个运动员起跳点的数据。这里就用到了这套电路：让一排平行的红外激光束沿垂直方向紧贴地面横扫过起跳板所在的区域，当某一排光束受到选手起跳脚的阻挡时，接受器便会因为收不到红外线而产生不同于平时的电信号通知控制IC并最终显示出对应的起跳位置。如果对精度不过分苛求的话，用这套电路还可以制成红外触摸屏，其精度可以达到1mm，当然这需要发射角很小的红外发射管，也需要软件算法的支持，这里就不再详述了。
总之利用光沿直线传播这一特性制成的红外扫描测距电路，其在测距方面的应用暂时并不能被其它测距方法，甚至被同样利用红外线其它性质的测距方法所取代，所以还是很有实用价值的。
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