Ansteuerung des Laser-Entfernungsmessmoduls VL53L0X mit Raspberry Pi
16 May 2024
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Das Messprinzip eines Laser-Entfernungssensors
Das Funktionsprinzip eines Laserentfernungssensors besteht darin, dass der Sensor Laserstrahlen aussendet und dann die Entfernung misst, indem er die zurückgegebenen Laserstrahlen empfängt. Es gibt zwei Methoden der Laserentfernungsmessung: die Pulsmethode und die Phasenmethode.
Die Impulsmethode ähnelt Ultraschallsensoren und nutzt die Zeit zwischen der Emission und der Rückkehr des Lasers, um den Abstand zwischen dem Lasersender und dem Objekt zu berechnen. Die Phasenmethode nutzt die Phasendifferenz zwischen dem emittierten Laser und dem direkt zum Instrument zurückgekehrten Laser, um den Abstand zwischen dem Lasersender und dem Objekt zu berechnen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Entfernungssensoren nutzt der VL53L0X die ToF-Technologie von ST, die eine Entfernungsmessung unabhängig von der Zielfarbe und dem Reflexionsvermögen ermöglicht. Es kann eine präzise Entfernung von bis zu 2 Metern erreichen, kommuniziert über die I2C-Schnittstelle, hat einen geringen Stromverbrauch und stärkere Anti-Interferenz-Fähigkeiten.
Zur Umsetzung dieses Projekts erforderliche Komponenten
- Raspberry Pi 4b
- VL53L0X Laser-Abstandsmessmodul
- Durchgangsloch-LED
- OPENELAB Erweiterungsplatine
- Männlich-zu-Männlich Jumperdrähte
- 220Ω Widerstand
Schaltplan
Das Laserentfernungsmodul nutzt I2C-Kommunikation. Verbinden Sie die SDA- und SCL-Pins des Moduls mit den SDA- bzw. SCL-Pins des Raspberry Pi. Verbinden Sie VCC und GND mit den 5 V bzw. GND des Raspberry Pi. Der Raspberry Pi muss den I2C-Dienst aktivieren.
Schritt-für-Schritt-Betriebsanweisung
1. Nachdem Sie I2C auf dem Raspberry Pi aktiviert haben, geben Sie „lsmod“ in das Terminal ein, um zu überprüfen, ob I2C erfolgreich aktiviert wurde.
2.Laden Sie i2c-tools herunter, eine Software zur Überwachung der Nutzung und Diagnose von Problemen von Hardwaregeräten, und geben Sie den folgenden Befehl in das Terminal ein:sudo apt- get i2c-tools installieren
3.Geben Sie über das Terminal Folgendes ein:i2cdetect -y -a 1
4.Überprüfen Sie, ob die Moduladressen 0x52 oder 0x29 erkannt werden.
Programm
1. Übertragen Sie die Datei VL53L0X.zip auf den Raspberry Pi. Der Link zur komprimierten Datei: VL53L0X.zip
2. Geben Sie das VL53L0X-Verzeichnis ein, indem Sie den folgenden Befehl eingeben:cd VL53L0X
3. Geben Sie dann den Befehl ein:make
4. Kompilieren Sie die Dateien und geben Sie dann mit dem folgenden Befehl den Python-Ordner ein: cd python
5. Geben Sie den folgenden Befehl ein, um das Beispielprogramm auszuführen: python VL53L0X_example.py
Experimentelle Phänomene
Die vom OpenELAB-Team entwickelte Demo zur Laserentfernungsmessung verbindet die positive Leitung der LED mit dem GPIO4-Pin und konfiguriert GPIO4 als PWM-Ausgang. Wenn das Programm ausgeführt wird, gibt es verschiedene PWM-Wellen aus, um die LED basierend auf der gemessenen Entfernung anzusteuern, wobei das Terminal die erkannte Entfernung in Millimetern und Zentimetern anzeigt. Dieses Projekt wird häufig in Bereichen wie Bauwesen und Ingenieurwesen, Forstwirtschaft und Waldbewirtschaftung, Fertigung und industrielle Wartung, Meeres- und Wasserressourcen, Militär und Verteidigung, Vermessung und Geologie eingesetzt. Es dient zur genauen Messung der Entfernung und Größe von Zielen, zur Unterstützung des Militärpersonals bei der Zielpositionierung und -verfolgung, zur Messung der Höhe und Entfernung von Gelände und geologischen Merkmalen und zur Unterstützung von Geologen und Kartographen bei der geologischen Forschung und Kartenerstellung.
Das Diagramm zeigt den Implementierungsprozess der Ansteuerung der LED mit verschiedenen PWM-Wellen.
Das Diagramm zeigt die Terminalausgabe mit der Anzeige des erkannten Abstands in Millimetern und Zentimetern.
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