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LiDAR Lite模塊開源

2076820 2022-10-28 | zip | 0.11 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

描述

介紹

與上一個(gè)項(xiàng)目類似，我們將連接一個(gè)可以測量距離的傳感器，但我們不使用超聲波，而是使用波長為 905 nm 的脈沖激光形式的光。與超聲波傳感器相比，LiDAR-Lite 模塊每秒可提供更好的準(zhǔn)確度、精度、范圍和更多數(shù)據(jù)樣本。LiDAR 系統(tǒng)通常用于自動(dòng)駕駛汽車、無人機(jī)和衛(wèi)星以繪制地形圖。

16x2 字符 LCD

有關(guān)如何以 4 位模式連接 16×2 LCD 的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見項(xiàng)目 9 。您應(yīng)該將 LCD 的引腳 4、6 和 11-14 分別連接到 Uno 引腳 2、3 和 4-7。LCD 通過焊接到 1 對(duì) 1 鏈路的 16 針直角母頭安裝到 Modulus Canister，如下圖所示。您也可以使用無焊面包板來安裝 LCD。

我們正在將 LiDAR 安裝到 Adapticon Canister。如果您也這樣做，則必須移除 Modulus 上的 F/M 跳線，并將 30 AWG 線繞到公頭針上。這樣我們就可以將 Modulus 和 Adapticon 堆疊在一起。

安裝到模數(shù)的 16x2 字符 LCD

Garmin LiDAR-Lite

LiDAR 代表“光檢測和測距”，并通過激光測量距離。激光是一種脈沖光源，其波長范圍從紫外線到可見光再到紅外線。它們的功率也各不相同——一些是 mW 激光器（指針），而另一些則可能超過 500W（用于切割）。這個(gè)特殊的模塊有一個(gè)工作在 905nm 波長和 1.3 瓦功率的激光器。LiDAR-Lite 發(fā)射激光信號(hào)并測量激光從目標(biāo)反射回來后返回所需的時(shí)間。一旦獲得時(shí)間，就可以計(jì)算距離，因?yàn)槲覀冎罆r(shí)間和光速。模塊進(jìn)行此計(jì)算并通過 I2C 返回到主機(jī)的距離。

如果您在 PWM 模式下使用模塊，它會(huì)返回一個(gè)與測量距離成正比的高脈沖寬度。

注意：此模塊發(fā)射激光輻射，被指定為 1類激光。對(duì)于 1 類激光，應(yīng)采取所有預(yù)防措施。

LiDAR-Lite 模塊由 6 個(gè)引腳組成：+5V、電源 EN、模式控制、I2C SCL、I2C SDA 和 GND。該模塊可以在兩種模式下運(yùn)行：I2C（內(nèi)部集成電路）和 PWM（脈寬調(diào)制）。我們將在 I2C 模式下操作模塊。Garmin 提供兩種型號(hào)：LiDAR-Lite v3 和 LiDAR-Lite v3HP。我們使用的是 LiDAR-Lite v3，因?yàn)樗阋恕?/font>規(guī)格表如下所示，Garmin 的完整數(shù)據(jù)表可在此處找到。

LiDAR-Lite 規(guī)格

內(nèi)部集成電路 (I2C)

我們將在 I2C 模式下使用該模塊。由于我們只使用一個(gè)模塊，我們不必更改其默認(rèn)的 7 位從地址，即 0x62。即使我們只有一個(gè)從設(shè)備，主設(shè)備 (Uno) 仍必須將地址發(fā)送給它想要與之通信的從設(shè)備。除了地址之外，還有一個(gè)讀/寫位告訴從機(jī)主機(jī)是否要讀取或?qū)懭胨?/font>

從 LiDAR-Lite 獲取距離測量值的最簡單方法是：

主機(jī)寫入 0x62 來尋址從機(jī)并等待從機(jī)的確認(rèn) (ACK) 位。

主機(jī)將 0x04 寫入從機(jī)寄存器 0x??00。LiDAR-Lite 的寄存器 0x??00 是Receiver Bias Correction 。將 0x04 寫入此寄存器會(huì)告訴設(shè)備您要使用接收器偏差校正進(jìn)行距離測量。

主機(jī)讀取 0x01 寄存器，指示 LiDAR-Lite 的系統(tǒng)狀態(tài)。如果位 0 (LSB) 為 1，則設(shè)備忙。如果它是零，那么我們可以繼續(xù)獲得距離測量值。

通過將地址字節(jié)的 MSB 設(shè)置為 1，我們可以通過連續(xù)讀取或?qū)懭胗|發(fā)寄存器地址的自動(dòng)遞增。我們要讀取寄存器 0x??0F 中的距離測量的高字節(jié)，因此通過將 MSB 設(shè)置為 1，該地址變?yōu)?0x8F。通過發(fā)送 0x8F，主機(jī)接收到高字節(jié)距離測量和低字節(jié)距離測量。

上述步驟的時(shí)序圖如下所示。

寫操作的 I2C 時(shí)序圖

讀取狀態(tài)寄存器的時(shí)序圖

讀取距離的時(shí)序圖

適配圖標(biāo)

我們正在使用 Adapticon 安裝 LiDAR-Lite。Adapticon 有安裝 Raspberry Pi 3 Model B/B+、Raspberry Pi 4、Raspberry Pi Zero 和 Arduino Uno Rev3 的腳印，因此我們創(chuàng)建了一個(gè)適配器板（由 1/8 英寸丙烯酸制成），可安裝到 RPi3足跡，以便能夠安裝 LiDAR-Lite。在將板安裝到 Adapticon 之前，我們必須使用四個(gè) #4-40 x 3/8" 內(nèi)六角螺釘和四個(gè) #4 六角螺母將 LiDAR-Lite 安裝到板上。下圖顯示了 LiDAR-Lite 安裝在板上的圖像。

安裝在轉(zhuǎn)接板上的 LiDAR-Lite

將 LiDAR-Lite 安裝到板上后，我們可以使用提供的六角支架和 #4-40 x 1/4" 內(nèi)六角螺釘將其固定到 Adapticon。最終組裝如下所示。

安裝到 Adapticon 的 LiDAR-Lite 總裝

罐堆棧

接下來，我們需要將 Modulus 和 Adapticon 連接在一起。建議您先將 Modulus 連接到 Adapticon（如下圖所示），而不是將 Modulus 插入 FuelCan 的 4×26 針連接器，然后再插入 Adapticon。

Modulus（底部）和 Adapticon（頂部）結(jié)合在一起

將兩個(gè)罐子配對(duì)后，小心地將電池組插入 FuelCan 的 4×26 針連接器，然后插入 LiDAR-Lite 的線束，如下圖所示。

與 FuelCan 配對(duì)的罐組

LiDAR-Lite 接線

線束一側(cè)有一個(gè) JST 母接頭，另一側(cè)有剝線端。您可能需要在電線的末端鍍錫，這樣當(dāng)您將末端插入面包板時(shí)它不會(huì)彎曲。將無焊面包板放入底部儲(chǔ)物箱中，并將每個(gè)剝離端插入面包板上的相鄰節(jié)點(diǎn)。在模塊的引腳 1 和 6（分別為 5Vdc 和 GND）之間放置一個(gè)極化的 680uF 電解電容器。確保電容器的方向正確，否則在給設(shè)備加電時(shí)可能會(huì)損壞或爆炸。

使用 8 英寸 M/M 跳線將 LiDAR-Lite 引腳 4 (I2C SCL) 和 5 (I2C SDA) 分別連接到引腳 A5 和 A4 中的 Uno 模擬。LiDAR-Lite 引腳 2 和 3 連接到面包板，但它們沒有連接到任何東西——引腳 2 有一個(gè)內(nèi)部上拉電阻以始終啟用設(shè)備，而引腳 3 未連接，因?yàn)槲覀兪褂玫氖?I2C 模式。電路原理圖如下所示。

LiDAR-Lite 的電路原理圖

燃料罐接線

如果您還沒有將 Uno 安裝到 FuelCan 的原型制作區(qū)域，請(qǐng)繼續(xù)執(zhí)行此操作。如果您使用的是面包板而不是 Modulus，請(qǐng)將面包板放在底部的儲(chǔ)物箱中以限制跳線的長度。您需要使用提供的香蕉插孔來測試引線夾電纜，為面包板上的電源和接地軌提供 +5V 和 GND。您將需要兩個(gè)公頭針將測試引線夾安裝在面包板一側(cè)。將 USB 電纜的 A 型端插入 USB1 插座，將 B 型端插入 Uno 的插座。使用 AC-DC 電源適配器為 FuelCan 供電。

軟件

一旦接線完成并且 FuelCan 通電，我們現(xiàn)在可以將草圖加載到 Uno 上。您將需要 Garmin 的 LiDAR-Lite 庫，該庫可在此處獲得。它會(huì)將您定向到他們的 GitHub 存儲(chǔ)庫。

下載庫后，通過導(dǎo)航到Sketch -> Include Library -> Add.ZIP Library...將其添加到您的 Arduino IDE 。您還可以通過轉(zhuǎn)到Sketch -> Library Manager并搜索“LIDAR”來安裝該庫。當(dāng)搜索結(jié)果彈出時(shí)，安裝 Garmin 庫的 LIDAR-Lite。

下面的第一個(gè)草圖在沒有接收器偏差校正的情況下獲取距離測量值，其中不考慮目標(biāo)距離、設(shè)備溫度或光學(xué)噪聲。不使用接收器偏差校正的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是您可以更快地獲取距離測量值。但是，準(zhǔn)確性和靈敏度會(huì)受到影響。

下一個(gè)草圖（下圖）定期執(zhí)行接收器偏差校正。建議每 100 個(gè)連續(xù)測量命令執(zhí)行一次。通過使用接收器偏差校正，提高了準(zhǔn)確性和靈敏度。但是，獲取距離測量值較慢。

數(shù)字波形

數(shù)字波形是在 SCL 和 SDA 線上采集的。第一個(gè)波形（下圖）顯示主機(jī)與從機(jī)通信，它希望將 0x03（無接收器偏置校正）寫入從機(jī)寄存器 0x??00。

將 0x04 寫入從寄存器 0x??00

第二個(gè)波形（下圖）顯示主機(jī)輪詢從機(jī)狀態(tài)寄存器 0x??01，直到位 0 為零。您可以看到狀態(tài)寄存器被讀取了兩次，因?yàn)槲?0 為 1。

輪詢狀態(tài)寄存器標(biāo)志

第三個(gè)波形（下圖）顯示主機(jī)輪詢從機(jī)狀態(tài)寄存器 0x??01，直到位 0 為零。第二次輪詢從屬寄存器時(shí)，位 0 為零，因此主機(jī)能夠繼續(xù)從從屬設(shè)備檢索距離測量值。主機(jī)發(fā)送 0x8F 用于連續(xù)讀取從機(jī)寄存器 0x??0F 和 0x10。在最后一幀中，從機(jī)分別從寄存器 0x??0F 和 0x10 發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，0x01 和 0x05。