使用Arduino Nano和傳感器制成的數(shù)字測(cè)距儀

描述

用數(shù)字測(cè)距儀跟蹤您孩子的成長(zhǎng)！

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在我的童年時(shí)期，我的母親習(xí)慣于定期測(cè)量我的身高，并把它寫在一張便條上，以跟隨我的成長(zhǎng)。當(dāng)然，家里沒有測(cè)距儀，我正靠在墻上或門框上，而她用卷尺測(cè)量。現(xiàn)在我有一個(gè)剛出生的孫女，當(dāng)她開始走路時(shí)，她的父母肯定會(huì)對(duì)關(guān)注她的身高增長(zhǎng)感興趣。于是，數(shù)字測(cè)距儀的想法誕生了。

它是圍繞一個(gè) Arduino Nano 和一個(gè)“飛行時(shí)間”傳感器制成的，該傳感器測(cè)量微小的激光反射回傳感器所需的時(shí)間。

第 1 步：零件和組件

• Arduino Nano Rev 3
• CJMCU 530 (VL53L0x) 激光傳感器
• KY-040旋轉(zhuǎn)編碼器
• SSD1306 OLED 128x64 顯示器
• 無源蜂鳴器
• 2x10KΩ電阻

第 2 步：傳感器

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ST Microelectronics VL53L0X是新一代飛行時(shí)間 (ToF) 激光測(cè)距模塊，采用微型封裝，與傳統(tǒng)技術(shù)不同，無論目標(biāo)反射率如何，均可提供準(zhǔn)確的距離測(cè)量。

它可以測(cè)量最大2m的絕對(duì)距離。內(nèi)部激光對(duì)人眼完全不可見（波長(zhǎng) 940 nm），符合最新的安全標(biāo)準(zhǔn)。它集成了一系列 SPAD（單光子雪崩二極管）

與傳感器的通信是通過 I2C 完成的。由于該項(xiàng)目還安裝了另一個(gè) I2C（OLED），因此 SCL 和 SDA 線路上需要 2 個(gè) 10KΩ 上拉電阻。

我使用了 CJMCU-530，它是一款采用 ST Microelectronics 的 VL53L0X 的分線模塊。

第 3 步：操作和傳感器定位

一旦建造和測(cè)試，該裝置應(yīng)安裝在門框頂部的中心；這是因?yàn)槿绻鷮⑵浒惭b得太靠近墻壁或障礙物，紅外激光束將受到干擾并在測(cè)量上產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象。另一種選擇是通過延長(zhǎng)桿安裝設(shè)備，使其遠(yuǎn)離墻壁，但更不方便。

仔細(xì)測(cè)量地板和傳感器之間的正確長(zhǎng)度（要設(shè)置的偏移量）并校準(zhǔn)設(shè)備（參見下一步）。校準(zhǔn)后，設(shè)備無需再次校準(zhǔn)即可使用，除非您將其移動(dòng)到另一個(gè)位置。

打開設(shè)備并將自己置于其下方，保持筆直且穩(wěn)固的位置。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到穩(wěn)定長(zhǎng)度超過 2.5 秒時(shí)，將采取措施。此時(shí)，它會(huì)發(fā)出“成功”的音樂聲，并將測(cè)量值保持在顯示屏上。

第 4 步：偏移校準(zhǔn)

如前所述，您需要為偏移設(shè)置正確的值（以厘米為單位），即測(cè)量設(shè)備與地板之間的距離。這可以通過按下旋轉(zhuǎn)編碼器旋鈕（有一個(gè)按鈕開關(guān)）來實(shí)現(xiàn)。激活校準(zhǔn)模式后，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕設(shè)置正確的距離（順時(shí)針增加厘米，逆時(shí)針減少）。偏移范圍從 0 到 2.55 m。

完成后，只需再次按下旋鈕。內(nèi)部蜂鳴器將產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)，為您提供聲音反饋。校準(zhǔn)模式有 1 分鐘的超時(shí)時(shí)間：如果您在此超時(shí)時(shí)間內(nèi)未設(shè)置偏移量，設(shè)備將退出校準(zhǔn)模式并返回到測(cè)量模式，而不會(huì)更改存儲(chǔ)的偏移量。偏移量存儲(chǔ)在 Arduino 的 EEPROM 存儲(chǔ)器中，以在隨后的關(guān)機(jī)中保持它。

第 5 步：代碼

ST Microelectronics 為 VL53L0X 發(fā)布了完整的 API 庫，包括手勢(shì)檢測(cè)。就我的設(shè)備而言，我發(fā)現(xiàn)Pololu 的 VL53L0X 庫更容易用于 Arduino 。與為 Arduino 定制和編譯 ST 的 API 相比，該庫旨在提供一種更快、更輕松的方式來開始使用 VL53L0X 與 Arduino 兼容控制器。

我已將傳感器設(shè)置為 HIGH ACCURACY 和 LONG RANGE 模式，以便在安裝高度和偏移設(shè)置上有更大的自由度。這將導(dǎo)致檢測(cè)速度變慢，這對(duì)于該設(shè)備的目的來說已經(jīng)足夠了。

偏移量存儲(chǔ)在 Arduino 的 EEPROM 存儲(chǔ)器中，當(dāng)電路板關(guān)閉時(shí)，其值會(huì)保留。

在循環(huán)部分，將新測(cè)量值與前一個(gè)測(cè)量值進(jìn)行比較，如果相同測(cè)量值經(jīng)過 2.5 秒（并且如果它不是 Offrange 或 Timeout 值），則從偏移量中減去測(cè)量值并穩(wěn)定顯示在顯示屏上. 壓電蜂鳴器播放“成功”的短音樂，以聽覺方式通知用戶。

第 6 步：原理圖

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第 7 步：外殼/外殼和組裝

眾所周知，我無法在商業(yè)盒子上切割矩形窗口，因此我選擇了用 CAD 設(shè)計(jì)一個(gè)盒子并將其送去進(jìn)行 3D 打印。這不是最便宜的選擇，但它仍然是一種方便的解決方案，因?yàn)樗峁┝藢?duì)所有組件的定位非常精確和靈活的可能性。

小型激光芯片的安裝沒有任何蓋玻片，以避免串?dāng)_和不穩(wěn)定的措施。如果您想將激光器安裝在蓋子后面，您需要按照 ST Microelectronics 文檔中的說明進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)程序。

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