为Arduino制作便宜的激光测距仪

描述

您的 Arduino 项目需要快速且廉价的激光测距仪模块吗？

当然，你可以使用专门的模块来完成这项任务，但它们中的大多数价格都很高。VL53L0X/VL53L1X 模块价格便宜，但视野非常大。

所以我找到了一个解决方案：使用便宜的“X-40”激光卷尺作为激光测距仪。这些设备的成本为 20 美元或更低，它们可以测量距离高达 40m，精度约为 3mm。但是有两个问题 - 无法从磁带上获取读数并且测量速度很慢 - 低于 1 Hz。

为了解决这个问题，我对该激光卷尺进行了逆向工程，并为激光测距仪模块的 STM32 MCU 编写了自己的固件。测量速度对我来说很重要，我可以达到 ~60 Hz，但最大稳定距离降低到 ~6 m（最大范围为 37 m，但我没有测试）。

距离测量精度可以从 1 毫米到 10 毫米不等，具体取决于目标颜色和距离。

模块尺寸：25x13x50 毫米。

重要通知：您将丢失原始固件，因此该设备以后不能用作激光卷尺！

请注意，“X-40”激光卷尺可以有不同版本的激光测距仪模块，我的固件只支持其中的一部分！

“X-40”并不是带有此类模块的激光卷尺的唯一名称 - 我知道存在几种不同的带有合适模块的中国激光卷尺。

第 1 步：拆卸激光卷尺

让我们拆开激光卷尺，从中得到一个激光测距仪模块。

您需要从外壳上拧下 7 个螺丝：

拆卸的激光卷尺：

您可以在设备外壳内看到小型激光测距仪模块。您需要从模块上断开带状电缆并从外壳中取出模块：

请注意，模块标记为“701A”。我的固件只支持“512A”和“701A”模块版本。一些用户确认“703A”模块也可以工作（我没有测试过）。

UPD 11/2019：
注意：发现较新的“x-40”激光卷尺带有“M88B”模块。在 MCU 附近的 PCB 上标记为“88B”。该模块基于 STM32F0 MCU（它具有 QFN-32 封装）。我的固件不支持这些模块！

UPD 10/2021：
注意：增加了对 U85 模块的支持：见链接！它们用于现代类型的激光卷尺。

如果支持您的模块，则需要从模块上拆下电源线。

第 2 步：对激光测距仪模块进行编程

您需要将专用固件写入模块的 MCU 以获得所需的功能。

1. 首先，您需要焊接一些用于对 MCU 进行编程的电线。引脚排列如图所示：

连接键盘连接器的针脚 7-8 - 需要通电。

线“GND”和“Vbat”必须连接到电源。电源电压范围为+2.7...+3.3V。为模块供电时，“Vdd”线必须有 +3.5 V。

“GND”、“SWDIO”、“SWCLK”、“NRST”线必须连接到 ST-LINK 编程器。“NRST”线很重要——MCU的原始固件被锁定，所以进入MCU进入编程模式需要这条线。

有些程序员有这条线，有些（便宜的）没有，但是有一个解决这个问题的方法。

另外，有些编程器（如原来的“ ST-LINK/V2 ”）需要“Vbat”线与编程器的“VCC/TVCC”线相连。

连接示例（此程序员没有“NRST”行）：

2. 将“ST-LINK 实用程序”安装到 PC。如果您没有使用该软件的经验，网上有很多教程。

您需要配置实用程序（目标 -> 设置）：

如果您的编程器有“NRST”输出，您只需打开电源并在实用程序中按“Target -> Connect”即可。

如果它没有这样的行，您需要执行以下步骤：

• 打开电源。
• 将模块的“NRST”线连接到 GND。
• 在实用程序中按“目标 -> 连接”。
• 快速断开“NRST”线与 GND 的连接。
• 实用程序必须显示连接

Yon 必须得到这样的图片：

3. MCU flash 被锁定读取，所以需要关闭“Read Out Protection”。在这一步您将丢失原始固件！

打开目标->“选项字节”菜单。必须有这样的设置：

将“读出保护”切换为“禁用”，然后按“取消全选”按钮，然后按“应用”按钮。尝试重新启动模块（通过断开电源）。

按目标 -> 连接。日志窗口中必须有关于成功连接的信息，并且您必须看到内存内容 - 用 0xFF 填充。现在您可以将自定义固件加载到 MCU。

4.需要的固件放在这里：https ://github.com/iliasam/Laser_tape_reverse_engineering/tree/master/Code/Firmware_dist_calculation_fast

为您的模块选择合适的 HEX 文件并使用“ST-LINK 实用程序”将其下载到 MCU Flash。

第 3 步：将激光测距仪模块连接到 Arduino

您需要将电线或一些连接器焊接到板上的 TX 焊盘：

请参见下面的连接示意图。

首先，您需要检查测距仪模块是否正常工作。在这一步您不需要将OLED显示器连接到Arduino - 只需将激光测距仪模块的TX线连接到Arduino的TX线，并将模块的电源线连接到+ 3V电源。

创建空草图并将其加载到 Arduino。在 Arduino IDE 中打开“串行监视器”。选择波特率：250000

如果测距仪模块工作正常，您将获得相同的数据：

DIST;01937;AMP;0342;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01937;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01938;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01938;AMP ;0343;温度;1223;伏特;115

事实上，这个测试最好使用专门的 USB-UART 转换器。在其实用程序中选择 256000 波特率（它是 x-40 MCU 的真实波特率）。

其次，您需要将完整的原理图与显示器组装在一起。

将激光测距仪模块的 TX 线连接到 Arduino 的 RX 线（在将程序加载到 Arduino 时需要断开该线）。

如果一切正常，您将得到相同的结果：

您可以看到显示 3 个数字：

• "COUNT" - 接收值的计数器
• “AMPL” - 信号的幅度。下面的符号条（“<--->”）以图形方式显示幅度（以对数刻度）。
• 最大值 - 以米和毫米为单位的距离。

第 4 步：调零

首次启动后，需要校准激光测距仪模块。

您需要在距离模块一定距离处放置一些白色物体。对于测距仪模块，到该物体的距离将变为零距离。要开始校准过程，您需要从激光卷尺连接键盘并按最低按钮。模块将发出两次哔声 - 在校准开始和结束时（校准持续时间接近 10 秒）。

现在您可以使用此激光测距仪模块。

链接：

1. Github——逆向工程结果和源码。

2. Habr.com - 谷歌翻译的关于激光卷尺逆向工程过程的文章。

对不起我的英语 - 我来自非英语国家。