為Arduino制作便宜的激光測距儀

描述

您的 Arduino 項目需要快速且廉價的激光測距儀模塊嗎？

當(dāng)然，你可以使用專門的模塊來完成這項任務(wù)，但它們中的大多數(shù)價格都很高。VL53L0X/VL53L1X 模塊價格便宜，但視野非常大。

所以我找到了一個解決方案：使用便宜的“X-40”激光卷尺作為激光測距儀。這些設(shè)備的成本為 20 美元或更低，它們可以測量距離高達 40m，精度約為 3mm。但是有兩個問題 - 無法從磁帶上獲取讀數(shù)并且測量速度很慢 - 低于 1 Hz。

為了解決這個問題，我對該激光卷尺進行了逆向工程，并為激光測距儀模塊的 STM32 MCU 編寫了自己的固件。測量速度對我來說很重要，我可以達到 ~60 Hz，但最大穩(wěn)定距離降低到 ~6 m（最大范圍為 37 m，但我沒有測試）。

距離測量精度可以從 1 毫米到 10 毫米不等，具體取決于目標(biāo)顏色和距離。

模塊尺寸：25x13x50 毫米。

重要通知：您將丟失原始固件，因此該設(shè)備以后不能用作激光卷尺！

請注意，“X-40”激光卷尺可以有不同版本的激光測距儀模塊，我的固件只支持其中的一部分！

“X-40”并不是帶有此類模塊的激光卷尺的唯一名稱 - 我知道存在幾種不同的帶有合適模塊的中國激光卷尺。

第 1 步：拆卸激光卷尺

讓我們拆開激光卷尺，從中得到一個激光測距儀模塊。

您需要從外殼上擰下 7 個螺絲：

拆卸的激光卷尺：

您可以在設(shè)備外殼內(nèi)看到小型激光測距儀模塊。您需要從模塊上斷開帶狀電纜并從外殼中取出模塊：

請注意，模塊標(biāo)記為“701A”。我的固件只支持“512A”和“701A”模塊版本。一些用戶確認(rèn)“703A”模塊也可以工作（我沒有測試過）。

UPD 11/2019：
注意：發(fā)現(xiàn)較新的“x-40”激光卷尺帶有“M88B”模塊。在 MCU 附近的 PCB 上標(biāo)記為“88B”。該模塊基于 STM32F0 MCU（它具有 QFN-32 封裝）。我的固件不支持這些模塊！

UPD 10/2021：
注意：增加了對 U85 模塊的支持：見鏈接！它們用于現(xiàn)代類型的激光卷尺。

如果支持您的模塊，則需要從模塊上拆下電源線。

第 2 步：對激光測距儀模塊進行編程

您需要將專用固件寫入模塊的 MCU 以獲得所需的功能。

1. 首先，您需要焊接一些用于對 MCU 進行編程的電線。引腳排列如圖所示：

連接鍵盤連接器的針腳 7-8 - 需要通電。

線“GND”和“Vbat”必須連接到電源。電源電壓范圍為+2.7...+3.3V。為模塊供電時，“Vdd”線必須有 +3.5 V。

“GND”、“SWDIO”、“SWCLK”、“NRST”線必須連接到 ST-LINK 編程器。“NRST”線很重要——MCU的原始固件被鎖定，所以進入MCU進入編程模式需要這條線。

有些程序員有這條線，有些（便宜的）沒有，但是有一個解決這個問題的方法。

另外，有些編程器（如原來的“ ST-LINK/V2 ”）需要“Vbat”線與編程器的“VCC/TVCC”線相連。

連接示例（此程序員沒有“NRST”行）：

2. 將“ST-LINK 實用程序”安裝到 PC。如果您沒有使用該軟件的經(jīng)驗，網(wǎng)上有很多教程。

您需要配置實用程序（目標(biāo) -> 設(shè)置）：

如果您的編程器有“NRST”輸出，您只需打開電源并在實用程序中按“Target -> Connect”即可。

如果它沒有這樣的行，您需要執(zhí)行以下步驟：

• 打開電源。
• 將模塊的“NRST”線連接到 GND。
• 在實用程序中按“目標(biāo) -> 連接”。
• 快速斷開“NRST”線與 GND 的連接。
• 實用程序必須顯示連接

Yon 必須得到這樣的圖片：

3. MCU flash 被鎖定讀取，所以需要關(guān)閉“Read Out Protection”。在這一步您將丟失原始固件！

打開目標(biāo)->“選項字節(jié)”菜單。必須有這樣的設(shè)置：

將“讀出保護”切換為“禁用”，然后按“取消全選”按鈕，然后按“應(yīng)用”按鈕。嘗試重新啟動模塊（通過斷開電源）。

按目標(biāo) -> 連接。日志窗口中必須有關(guān)于成功連接的信息，并且您必須看到內(nèi)存內(nèi)容 - 用 0xFF 填充。現(xiàn)在您可以將自定義固件加載到 MCU。

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

為您的模塊選擇合適的 HEX 文件并使用“ST-LINK 實用程序”將其下載到 MCU Flash。

第 3 步：將激光測距儀模塊連接到 Arduino

您需要將電線或一些連接器焊接到板上的 TX 焊盤：

請參見下面的連接示意圖。

首先，您需要檢查測距儀模塊是否正常工作。在這一步您不需要將OLED顯示器連接到Arduino - 只需將激光測距儀模塊的TX線連接到Arduino的TX線，并將模塊的電源線連接到+ 3V電源。

創(chuàng)建空草圖并將其加載到 Arduino。在 Arduino IDE 中打開“串行監(jiān)視器”。選擇波特率：250000

如果測距儀模塊工作正常，您將獲得相同的數(shù)據(jù)：

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;溫度;1223;伏特;115

事實上，這個測試最好使用專門的 USB-UART 轉(zhuǎn)換器。在其實用程序中選擇 256000 波特率（它是 x-40 MCU 的真實波特率）。

其次，您需要將完整的原理圖與顯示器組裝在一起。

將激光測距儀模塊的 TX 線連接到 Arduino 的 RX 線（在將程序加載到 Arduino 時需要斷開該線）。

如果一切正常，您將得到相同的結(jié)果：

您可以看到顯示 3 個數(shù)字：

• "COUNT" - 接收值的計數(shù)器
• “AMPL” - 信號的幅度。下面的符號條（“<--->”）以圖形方式顯示幅度（以對數(shù)刻度）。
• 最大值 - 以米和毫米為單位的距離。

第 4 步：調(diào)零

首次啟動后，需要校準(zhǔn)激光測距儀模塊。

您需要在距離模塊一定距離處放置一些白色物體。對于測距儀模塊，到該物體的距離將變?yōu)榱憔嚯x。要開始校準(zhǔn)過程，您需要從激光卷尺連接鍵盤并按最低按鈕。模塊將發(fā)出兩次嗶聲 - 在校準(zhǔn)開始和結(jié)束時（校準(zhǔn)持續(xù)時間接近 10 秒）。

現(xiàn)在您可以使用此激光測距儀模塊。

鏈接：

1. Github——逆向工程結(jié)果和源碼。

2. Habr.com - 谷歌翻譯的關(guān)于激光卷尺逆向工程過程的文章。

對不起我的英語 - 我來自非英語國家。