VL53L0X: مستشعر مسافة ليزر عالي الدقة

في بعض مشاريعك ، ستحتاج إلى قياس المسافات. حسنًا ، يجب أن تعرف أن ملف VL53L0X هو جهاز يسمح بقياسها بدقة عالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجمه الصغير وسعره المنخفض يجعلانه مثاليًا لمشاريع DIY الخاصة بك ، خاصةً للتكامل مع Arduino.

هناك العديد من الأجهزة التي يمكنها قياس المسافات ، بعضها عبارة عن أمتار للمسافات تعتمد على الموجات فوق الصوتية التي تصدر صوتًا ، وعند الارتداد مع الشيء ، فإنها تتيح معرفة المسافة الموجودة بدقة كافية. ولكن إذا كنت تريد أعلى دقة ، فأنت بحاجة إلى مقياس المسافة الضوئية. هذا النوع من أجهزة القياس يعتمد على الليزر، كما هو الحال مع VL53L0X.

ما هو ToF؟

وقت الرحلة أو كاميرا ToF (وقت الرحلة) إنها تقنية تستخدم لقياس المسافات. يعتمد على البصريات ، ويقيس الوقت المنقضي بين انبعاث شعاع الضوء والاستقبال. يمكن أن تكون مستشعرات CCD و CMOS ، ويمكن أن تكون النبضات عبارة عن أشعة تحت الحمراء أو ليزر وما إلى ذلك. ستتم مزامنة النظام لبدء قياس الوقت فقط عندما يتم تشغيل النبض وإيقاف العداد عندما يستقبلون الارتداد من المستشعر.

بهذه الطريقة يمكن حساب المسافة بدقة تامة. لا يتطلب الأمر سوى دائرة منطقية إضافية مدمجة في الشريحة لإجراء الحسابات من لحظة إطلاق الحزمة حتى استقبالها وبالتالي تحديد المسافة. المبدأ واضح ومباشر.

المادة ذات الصلة:

ESP8266: وحدة WIFI الخاصة بـ Arduino

يستخدم هذا النوع من الأجهزة في الروبوتات للسماح للروبوت أو الطائرة بدون طيار بتجنب العقبات ، ومعرفة بعدهم عن الهدف ، واكتشاف الحركة أو القرب ، لأجهزة استشعار السيارة المستخدمة في تطبيقات مختلفة ، لتنفيذ عداد إلكتروني ، مثل المشغل بحيث يقوم Arduino بعمل شيء عندما يكتشف قربًا معينًا من كائن ما ، إلخ.

ما هو VL53L0X وورقة البيانات

El يستخدم VL53L0X هذا المبدأ لقياس المسافات بواسطة أشعة الليزر تحت الحمراء. الجيل الأخير. جنبًا إلى جنب مع معالج ، مثل Arduino ، يمكن أن يكون أداة قوية للقياس. على وجه التحديد ، يمكن للرقاقة التقاط مسافات تتراوح بين 50 مم و 2000 مم ، أي ما بين 5 سم و 2 متر.

لقياس المسافات الأقرب ، ربما تحتاج إلى متغير من هذه الشريحة يسمى VL6180X يسمح لك بقياس نطاق يتراوح بين 5 و 200 ملم ، أي ما بين نصف سنتيمتر و 20 سنتيمترًا. إذا كنت ترغب في العثور على جهاز مشابه ولكن بناءً على الموجات فوق الصوتية لأي سبب تقني ، فعليك إلقاء نظرة على HC-SR04 ، وهي وحدة أخرى رخيصة الثمن إلى حد ما تحظى بشعبية لدى المصنّعين.

El رقاقة VL53L0X تم تصميمه ل العمل حتى عندما يكون الضوء المحيط مرتفعًا جدًا. ضع في اعتبارك أنه عند العمل بصريًا ، كلما زاد "تلوث" الضوء للبيئة ، سيكون من الصعب التقاط ارتداد الإشارة بشكل مناسب. لكن في هذه الحالة لا يمثل مشكلة كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نظام التعويض الذي يتكامل معه يسمح له بالقياس حتى إذا كنت تستخدمه خلف الزجاج الواقي.

هذا يجعلها واحدة من أفضل أجهزة استشعار المسافة التي ستجدها في السوق. بدقة أعلى بكثير من المستشعرات القائمة على الموجات فوق الصوتية أو الأشعة تحت الحمراء (IR). سبب الدقة هو أن الليزر لن يتأثر بالصدى أو الانعكاس من الأشياء كما في الحالات الأخرى.

يمكنك حاليًا العثور عليها مدمجة في البغال مع بعض الإضافات مقابل حوالي 16 يورو أو في أطباق أبسط تزيد قليلاً عن 1 يورو أو 3 يورو في حالات أخرى. أنت تعلم بالفعل أنك ستجده في متاجر مثل eBay و AliExpress و Amazon وما إلى ذلك. الشركات المصنعة لهذه الأجهزة متنوعة ، لذلك إذا كنت بحاجة إلى معرفة تفاصيل النموذج الذي اشتريته ، فمن الأفضل التحقق ورقة بيانات الشركة المصنعة الذي اخترته. على سبيل المثال:

• ورقة بيانات STMicroelectronics VL53L0X

El VL53L0X يحتوي داخل الرقاقة على باعث نبضة الليزر والمستشعر لالتقاط الحزمة العائدة. في هذه الحالة ، يكون الباعث عبارة عن ليزر بطول موجي 940 نانومتر ونوع VCSEL (ليزر انبعاث سطح التجويف العمودي). أما بالنسبة لمستشعر الالتقاط فهو SPAD (ثنائيات فوتون واحدة أفالانش). كما أنه يدمج أيضًا إلكترونيات داخلية تسمى FlightSenseTM والتي ستحسب المسافة.

El زاوية القياس أو FOV (مجال الرؤية) إنها 25º في هذه الحالة. يُترجم ذلك إلى مساحة قياس قطرها 0,44 متر على مسافة 1 متر. على الرغم من أن نطاق القياس سيعتمد على الظروف المحيطة. إذا تم إجراؤه في الداخل فهو أعلى قليلاً مما لو تم في الهواء الطلق. سيعتمد أيضًا على انعكاس الكائن الذي تشير إليه:

الهدف الانعكاس	حيث	الخاص بك	الخارج
الهدف الأبيض	نموذجي	200cm	80cm
	مقلد الصوت والحركة	120cm	60cm
الهدف الرمادي	نموذجي	80cm	50cm
	الحد الأدنى	70cm	40cm

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي VL53L0X على عدة أوضاع التشغيل قد تختلف النتائج. يتم تلخيص هذه الأوضاع في الجدول التالي:

طريقة	توقيت	مجال	الاحكام
افتراضيا	30ms	1.2m	انظر الجدول أدناه
دقة عالية	200ms	1.2m	+ / - 3٪
بعيد المدى	33ms	2m	انظر الجدول أدناه
ألتا فيلوسيداد	20ms	1.2m	+ / - 5٪

وفقًا لهذه الأوضاع ، لدينا العديد دقة قياسية وطويلة المدى التي لديك في هذا الجدول:

	الخاص بك			الخارج
الهدف الانعكاس	مسافة	33ms	66ms	مسافة	33ms	66ms
الهدف الأبيض	120 سم	4%	3%	60 سم	7%	6%
الهدف الرمادي	70 سم	7%	6%	40 سم	12%	9%

Pinout والاتصال

تحتاج إلى كل هذا للعمل بشكل صحيح واجهة مع العالم الخارجي. ويتم تحقيق ذلك من خلال بعض المسامير أو الوصلات. إن pinout الخاص بـ VL53L0X بسيط للغاية ، فهو يحتوي على 6 دبابيس فقط. لتكامله مع Arduino ، يمكن إجراء الاتصال من خلال I2C.

يمكنك إطعامه ربط الدبابيس وبالتالي:

• VCC إلى 5 فولت من Arduino
• GND إلى GND من Arduino
• SCL إلى دبوس تناظري من Arduino. على سبيل المثال A5
• SDA إلى دبوس تمثيلي آخر. على سبيل المثال A4
• لا يلزم استخدام دبابيس GPI01 و XSHUT في الوقت الحالي.

التكامل مع اردوينو

بالنسبة للعديد من الوحدات النمطية الأخرى ، بالنسبة إلى VL53L0X ، لديك أيضًا مكتبات (على سبيل المثال ، مكتبة Adafruit) من الكود المتاح الذي يمكنك استخدامه للعمل مع وظائف معينة عند الكتابة كود المصدر للتعامل مع مشروعك في Arduino IDE. إذا كانت هذه هي المرة الأولى لك مع Arduino ، فإنني أوصي دليل البرمجة لدينا.

مثال رمز بسيط لك لأخذ القياسات وعرض قيمة القياس من خلال المنفذ التسلسلي حتى تتمكن من رؤيته من شاشة جهاز الكمبيوتر الخاص بك أثناء توصيل لوحة Arduino ، هو:

#include "Adafruit_VL53L0X.h"
 
Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X();
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
 
  // Iniciar sensor
  Serial.println("VL53L0X test");
  if (!lox.begin()) {
    Serial.println(F("Error al iniciar VL53L0X"));
    while(1);
  }
}
 
 
void loop() {
  VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;
    
  Serial.print("Leyendo sensor... ");
  lox.rangingTest(&measure, false); // si se pasa true como parametro, muestra por puerto serie datos de debug
 
  if (measure.RangeStatus != 4)
  {
    Serial.print("Distancia (mm): ");
   Serial.println(measure.RangeMilliMeter);
  } 
  else
  {
    Serial.println("  Fuera de rango ");
  }
    
  delay(100);
}

في مكتبة Adafruit الخاصة ، لديك المزيد من الأمثلة للاستخدام إذا كنت بحاجة إليها ...