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使用Arduino Nano和传感器制成的数字测距仪
王涛
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描述
用数字测距仪跟踪您孩子的成长！
在我的童年时期，我的母亲习惯于定期测量我的身高，并把它写在一张便条上，以跟随我的成长。当然，家里没有测距仪，我正靠在墙上或门框上，而她用卷尺测量。现在我有一个刚出生的孙女，当她开始走路时，她的父母肯定会对关注她的身高增长感兴趣。于是，数字测距仪的想法诞生了。
它是围绕一个 Arduino Nano 和一个“飞行时间”传感器制成的，该传感器测量微小的激光反射回传感器所需的时间。
第 1 步：零件和组件
- Arduino Nano Rev 3
- CJMCU 530 (VL53L0x) 激光传感器
- KY-040旋转编码器
- SSD1306 OLED 128x64 显示器
- 无源蜂鸣器
- 2x10KΩ电阻
第 2 步：传感器
ST Microelectronics VL53L0X是新一代飞行时间 (ToF) 激光测距模块，采用微型封装，与传统技术不同，无论目标反射率如何，均可提供准确的距离测量。
它可以测量最大2m的绝对距离。内部激光对人眼完全不可见（波长 940 nm），符合最新的安全标准。它集成了一系列 SPAD（单光子雪崩二极管）
与传感器的通信是通过 I2C 完成的。由于该项目还安装了另一个 I2C（OLED），因此 SCL 和 SDA 线路上需要 2 个 10KΩ 上拉电阻。
我使用了 CJMCU-530，它是一款采用 ST Microelectronics 的 VL53L0X 的分线模块。
第 3 步：操作和传感器定位
一旦建造和测试，该装置应安装在门框顶部的中心；这是因为如果您将其安装得太靠近墙壁或障碍物，红外激光束将受到干扰并在测量上产生串扰现象。另一种选择是通过延长杆安装设备，使其远离墙壁，但更不方便。
仔细测量地板和传感器之间的正确长度（要设置的偏移量）并校准设备（参见下一步）。校准后，设备无需再次校准即可使用，除非您将其移动到另一个位置。
打开设备并将自己置于其下方，保持笔直且稳固的位置。当设备检测到稳定长度超过 2.5 秒时，将采取措施。此时，它会发出“成功”的音乐声，并将测量值保持在显示屏上。
第 4 步：偏移校准
如前所述，您需要为偏移设置正确的值（以厘米为单位），即测量设备与地板之间的距离。这可以通过按下旋转编码器旋钮（有一个按钮开关）来实现。激活校准模式后，通过旋转旋钮设置正确的距离（顺时针增加厘米，逆时针减少）。偏移范围从 0 到 2.55 m。
完成后，只需再次按下旋钮。内部蜂鸣器将产生两种不同的音调，为您提供声音反馈。校准模式有 1 分钟的超时时间：如果您在此超时时间内未设置偏移量，设备将退出校准模式并返回到测量模式，而不会更改存储的偏移量。偏移量存储在 Arduino 的 EEPROM 存储器中，以在随后的关机中保持它。
第 5 步：代码
ST Microelectronics 为 VL53L0X 发布了完整的 API 库，包括手势检测。就我的设备而言，我发现Pololu 的 VL53L0X 库更容易用于 Arduino 。与为 Arduino 定制和编译 ST 的 API 相比，该库旨在提供一种更快、更轻松的方式来开始使用 VL53L0X 与 Arduino 兼容控制器。
我已将传感器设置为 HIGH ACCURACY 和 LONG RANGE 模式，以便在安装高度和偏移设置上有更大的自由度。这将导致检测速度变慢，这对于该设备的目的来说已经足够了。
偏移量存储在 Arduino 的 EEPROM 存储器中，当电路板关闭时，其值会保留。
在循环部分，将新测量值与前一个测量值进行比较，如果相同测量值经过 2.5 秒（并且如果它不是 Offrange 或 Timeout 值），则从偏移量中减去测量值并稳定显示在显示屏上. 压电蜂鸣器播放“成功”的短音乐，以听觉方式通知用户。
第 6 步：原理图
第 7 步：外壳/外壳和组装
众所周知，我无法在商业盒子上切割矩形窗口，因此我选择了用 CAD 设计一个盒子并将其送去进行 3D 打印。这不是最便宜的选择，但它仍然是一种方便的解决方案，因为它提供了对所有组件的定位非常精确和灵活的可能性。
小型激光芯片的安装没有任何盖玻片，以避免串扰和不稳定的措施。如果您想将激光器安装在盖子后面，您需要按照 ST Microelectronics 文档中的说明进行复杂的校准程序。
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