全球最小的 ToF 激光測(cè)距傳感器展現(xiàn)多種用途

激光測(cè)距在生產(chǎn)生活中有很多應(yīng)用，例如測(cè)距、定位、避障等等。而飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距作為激光測(cè)距技術(shù)的一種，因?yàn)槠錅y(cè)量精準(zhǔn)、響應(yīng)快速、低功耗等特點(diǎn)，常被用于機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、交通管理中的實(shí)時(shí)對(duì)象檢測(cè)，我們手機(jī)的面部檢測(cè)功能，也用到這種技術(shù)。

由瑞科慧聯(lián)（RAK）出品的 ToF 傳感器模塊 WisBlock RAK12014，采用 ST VL53L0X，后者是世界上最小的 ToF 測(cè)距傳感器

本文將介紹一款 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊 WisBlock RAK12014，并利用 WisBlock 開(kāi)發(fā)板演示該模塊如何工作。

什么是 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊？

ToF 激光測(cè)距傳感器模塊是一種使用激光脈沖來(lái)測(cè)量自身與目標(biāo)物體之間距離的模塊。WisBlock RAK12014 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊基于意法半導(dǎo)體 ST VL53L0X 而設(shè)計(jì)。VL53L0X 采用目前市場(chǎng)上最小的封裝，可謂世界上最小的 ToF 測(cè)距傳感器。

WisBlock RAK12014 能提供精確的距離測(cè)量，可測(cè)量 2 米的絕對(duì)距離。其 940nm VCSEL 發(fā)射器（垂直腔面發(fā)射激光器）完全不為人眼所見(jiàn)，再加上內(nèi)置的物理紅外濾光片，使其測(cè)距距離更長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境光的抗干擾性更強(qiáng)、對(duì)蓋片的光學(xué)串?dāng)_具有更好的穩(wěn)定性。換言之，無(wú)論目標(biāo)反射率如何，該傳感器都能提供精確的距離測(cè)量。上述特點(diǎn)使之能勝任高精度的測(cè)距任務(wù)，適用于更多應(yīng)用場(chǎng)景中。

RAK12014 是模塊化的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái) WisBlock 的一款傳感器模塊

RAK12014 模塊規(guī)格與特性：

• 測(cè)量絕對(duì)距離可達(dá) 2 m
• 用于器件控制和數(shù)據(jù)傳輸的I2C接口
• Xshutdown（復(fù)位）和中斷 GPIO
• 電源 2.6~3.5 V
• 尺寸10 x 10 mm

RAK12014 模塊包含一個(gè)兼容 WisBlock 基板傳感器插槽的 24 引腳連接器。通過(guò)該連接器可以將 RAK12014 模塊安裝在 WisBlock 基板（如RAK5005-O）模塊上。該連接器的引腳順序以及引腳定義如下圖所示。

RAK12014 的引腳分布

注意：僅 I2C 相關(guān)引腳、XSHUT（復(fù)位)、INT、3V3_S 以及 GND 連接到了該模塊的連接器上。

RAK12014 典型示例：在 OLED 顯示屏上顯示測(cè)試距離

RAK12014 有一個(gè)很典型的應(yīng)用，能夠很形象地給我們展示 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊的特性，即“在 OLED 顯示屏上顯示出測(cè)試的距離”。

在這個(gè)例子中，將 RAK12014 連接到 RAK 5005-O 基板上，通過(guò)核心模塊 RAK4631 驅(qū)動(dòng)它的測(cè)量距離功能，并將其測(cè)量到的距離信息在 OLED 顯示屏上顯示。

讓 RAK12014 實(shí)現(xiàn)“在 OLED 顯示屏上顯示出測(cè)試的距離”應(yīng)用所需的產(chǎn)品配置

• RAK12014
• RAK4631
• RAK5005-O
• RAK1921 OLED顯示屏
• 跳線(xiàn)
• 電源線(xiàn)
• 原理圖

以下是實(shí)現(xiàn)這一應(yīng)用的具體步驟：

1、安裝 OLED庫(kù)

要控制 OLED 顯示屏，需要使用到“U8g2”庫(kù)。

2、安裝 ToF 激光測(cè)距傳感器庫(kù)

要控制 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊，需要使用“stm32duino_vl53l0x”庫(kù)。

注意：所有的庫(kù)安裝完成之后需要重啟 Arduino IDE，才能使安裝的庫(kù)生效。

3、導(dǎo)入代碼
接著將代碼導(dǎo)入 OLED 顯示屏和 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊所需的庫(kù)當(dāng)中，然后定義兩個(gè)名為“u8g2”和“sensor_vl53l0”的對(duì)象。

#include #include // Click to install library: http://librarymanager/All#stm32duino_vl53l0x #include // Click to install library: http://librarymanager/All#u8g2 U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0); VL53L0X sensor_vl53l0x(&Wire, WB_IO2);  

4、GetDistance()函數(shù)
在 GetDistance（） 中，定義一個(gè) report 數(shù)據(jù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)的時(shí)候打印出當(dāng)前讀到的數(shù)據(jù)測(cè)量值，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)打印如下所示內(nèi)容：

void GetDistance(){ int status; char report[64]; uint32_t distance; u8g2.clearBuffer(); // clear the internal memory u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB10_tr); // choose a suitable font // Read Range. status = sensor_vl53l0x.GetDistance(&distance); if (status == VL53L0X_ERROR_NONE) { // Output data. snprintf(report, sizeof(report), "Range: %ld mm", distance); } else { snprintf(report, sizeof(report), "Nothing at all", distance); } Serial.println(report); u8g2.drawStr(15, 30, report); u8g2.sendBuffer(); }

5、setup()函數(shù)
在 setup() 中，ToF 激光測(cè)距傳感器和 OLED 顯示器都會(huì)被初始化。在串口監(jiān)視器上打印一條消息，這樣就能知道 ToF 激光測(cè)距傳感器是否成功找到了。如下所示：

void setup() {   int status;   pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);   digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   pinMode(WB_IO2, OUTPUT);   digitalWrite(WB_IO2, HIGH);   // Initialize Serial for debug output   Serial.begin(115200);   time_t serial_timeout = millis();   // On nRF52840 the USB serial is not available immediately   while (!Serial)   {     if ((millis() - serial_timeout) < 5000)     {       delay(100);       digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));     }     else     {       break;     }   }   u8g2.begin();   // Initialize I2C bus.   Wire.begin();   // Configure VL53L0X component.   sensor_vl53l0x.begin();   // Switch off VL53L0X component.   sensor_vl53l0x.VL53L0X_Off();   // Initialize VL53L0X component.   status = sensor_vl53l0x.InitSensor(0x52);   if(status)   {     Serial.println("Init sensor_vl53l0x failed...");   } }

6、loop()函數(shù)
在 loop() 中，代碼在 OLED 顯示屏上顯示了主屏幕，而這其實(shí)是在 GetDistance(） 函數(shù)中完成的。
 

void loop() {   uint32_t distance;   int status;   GetDistance();   delay(300); }

 
7、代碼上傳
完成前面的代碼撰寫(xiě)之后，選擇所使用的開(kāi)發(fā)板 RAK4631，選擇正確的端口之后開(kāi)始代碼上傳燒錄，然后打開(kāi) Arduino IDE 的串口監(jiān)視器。選擇 115200 的波特率，我們就可以看見(jiàn) ToF 激光測(cè)距傳感器模塊的測(cè)距數(shù)據(jù)：

 
8、演示程序
完成以上操作后，一旦 ToF 激光測(cè)距傳感器上方有物體，OLED 顯示屏就會(huì)顯示當(dāng)前物體與傳感器的距離；當(dāng)傳感器上方?jīng)]有物體時(shí)，OLED 顯示屏則會(huì)顯示當(dāng)前無(wú)物體，點(diǎn)擊鏈接查看視頻展示了詳細(xì)的演示過(guò)程。

總結(jié)

ToF 激光測(cè)距傳感器模塊可以應(yīng)用的范圍很廣泛，它可以根據(jù)場(chǎng)景的不同調(diào)整距離。另外，所有來(lái)自傳感器的信息都可以直接上傳到云上，便于實(shí)時(shí)調(diào)整。本文主要向大家展示了如何使用 ToF 激光測(cè)距傳感器模塊測(cè)量物體離傳感器的距離。今后再向大家介紹該模塊在我們生活中的更多實(shí)際應(yīng)用。

備注：以下是本次用例的完整代碼，僅大家參考：
 

/** @file RAK12014_Distance_Detection.ino @author rakwireless.com @brief Distance detection by laser @version 0.1 @date 2021-8-28 @copyright Copyright (c) 2020 **/ #include #include // Click to install library: http://librarymanager/All#stm32duino_vl53l0x #include // Click to install library: http://librarymanager/All#u8g2 U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0); VL53L0X sensor_vl53l0x(&Wire, WB_IO2); void GetDistance(){ int status; char report[64]; uint32_t distance; u8g2.clearBuffer(); // clear the internal memory u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB10_tr); // choose a suitable font // Read Range. status = sensor_vl53l0x.GetDistance(&distance); if (status == VL53L0X_ERROR_NONE) { // Output data. snprintf(report, sizeof(report), "Range: %ld mm", distance); } else { snprintf(report, sizeof(report), "Nothing at all", distance); } Serial.println(report); u8g2.drawStr(15, 30, report); u8g2.sendBuffer(); } void setup() { int status; pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); pinMode(WB_IO2, OUTPUT); digitalWrite(WB_IO2, HIGH); // Initialize Serial for debug output Serial.begin(115200); time_t serial_timeout = millis(); // On nRF52840 the USB serial is not available immediately while (!Serial) { if ((millis() - serial_timeout) < 5000) { delay(100); digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); } else { break; } } u8g2.begin(); // Initialize I2C bus. Wire.begin(); // Configure VL53L0X component. sensor_vl53l0x.begin(); // Switch off VL53L0X component. sensor_vl53l0x.VL53L0X_Off(); // Initialize VL53L0X component. status = sensor_vl53l0x.InitSensor(0x52); if(status) { Serial.println("Init sensor_vl53l0x failed..."); } } void loop() { uint32_t distance; int status; GetDistance(); delay(300); }