Πόσο ψηλός είσαι ;: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ακολουθήστε την ανάπτυξη του παιδιού σας με ψηφιακό σταδιομετρητή

Κατά τη διάρκεια της παιδικής μου ηλικίας, η μητέρα μου συνήθιζε να παίρνει περιοδικά το ύψος μου και να το γράφει σε σημειώσεις για να ακολουθήσει την ανάπτυξή μου. Φυσικά, επειδή δεν είχα ένα σταδιόμετρο στο σπίτι, στεκόμουν στον τοίχο ή στην πόρτα ενώ εκείνη πήρε το μέτρο με μια ταινία. Τώρα έχω μια νεογέννητη εγγονή και όταν αρχίσει να περπατά, σίγουρα οι γονείς της θα ενδιαφέρονται να παρακολουθήσουν την ανάπτυξή της στο ύψος. Έτσι, γεννήθηκε η ιδέα ενός ψηφιακού σταδιομέτρου.

Είναι κατασκευασμένο γύρω από ένα Arduino Nano και έναν αισθητήρα "Time of Flight", ο οποίος μετρά πόσο χρόνο χρειάζεται το μικροσκοπικό φως λέιζερ για να επιστρέψει στον αισθητήρα.

Βήμα 1: Μέρη και εξαρτήματα

• Arduino Nano Rev 3
• Αισθητήρας λέιζερ CJMCU 530 (VL53L0x)
• KY-040 Περιστροφικός κωδικοποιητής
• Οθόνη SSD1306 OLED 128x64
• Παθητικός βομβητής
• 2x10KΩ αντιστάσεις

Βήμα 2: Ο αισθητήρας

Το ST Microelectronics VL53L0X είναι μια νέα γενιά μονάδας χρονικής πτήσης (ToF) με λέιζερ που βρίσκεται σε ένα μικρό πακέτο, παρέχοντας ακριβή μέτρηση απόστασης ανεξάρτητα από τις ανακλάσεις του στόχου σε αντίθεση με τις συμβατικές τεχνολογίες.

Μπορεί να μετρήσει απόλυτες αποστάσεις έως 2μ. Το εσωτερικό λέιζερ είναι εντελώς αόρατο για το ανθρώπινο μάτι (wavelenght 940 nm) και συμμορφώνεται με τα πιο πρόσφατα πρότυπα όσον αφορά την ασφάλεια. Ενσωματώνει μια σειρά SPADs (Single Photon Avalanche Diodes)

Η επικοινωνία με τον αισθητήρα γίνεται μέσω I2C. Καθώς το έργο περιλαμβάνει επίσης ένα άλλο I2C εγκατεστημένο (το OLED), χρειάζονται 2 x 10KΩ αντιστάσεις έλξης στις γραμμές SCL και SDA.

Έχω χρησιμοποιήσει το CJMCU-530, το οποίο είναι μια ενότητα breakout που διαθέτει το VL53L0X της ST Microelectronics.

Βήμα 3: Λειτουργίες και τοποθέτηση αισθητήρα

Μόλις κατασκευαστεί και δοκιμαστεί, η συσκευή θα πρέπει να τοποθετηθεί στο κέντρο της κορυφής ενός πλαισίου πόρτας. Αυτό συμβαίνει επειδή εάν το τοποθετήσετε πολύ κοντά σε έναν τοίχο ή ένα εμπόδιο, η δέσμη λέιζερ IR θα παρεμβαίνει και θα δημιουργήσει ένα φαινόμενο διασταύρωσης στο μέτρο. Μια άλλη επιλογή θα ήταν να εγκαταστήσετε τη συσκευή μέσω μιας ράβδου επέκτασης για να την απομακρύνετε από τον τοίχο, αλλά είναι πιο άβολο.

Πάρτε προσεκτικά το σωστό μέτρο μήκους μεταξύ δαπέδου και αισθητήρα (offset για ρύθμιση) και βαθμονομήστε τη συσκευή (δείτε το επόμενο βήμα). Μόλις βαθμονομηθεί, η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς να χρειάζεται να βαθμονομηθεί ξανά, εκτός εάν τη μεταφέρετε σε άλλη θέση.

Ενεργοποιήστε τη συσκευή και τοποθετήστε τον εαυτό σας κάτω από αυτήν, σε ευθεία και σταθερή θέση. Το μέτρο θα ληφθεί όταν η συσκευή ανιχνεύσει ένα σταθερό μήκος για περισσότερο από 2,5 δευτερόλεπτα. Σε εκείνο το σημείο θα εκπέμπει έναν "επιτυχημένο" μουσικό ήχο και θα διατηρήσει το μέτρο στην οθόνη.

Βήμα 4: Βαθμονόμηση Offset

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, πρέπει να ορίσετε τη σωστή τιμή (σε εκατοστά) για τη μετατόπιση, την απόσταση μεταξύ της συσκευής μέτρησης και του δαπέδου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί πατώντας το περιστροφικό κουμπί κωδικοποιητή (το οποίο διαθέτει διακόπτη με κουμπί). Μόλις ενεργοποιήσετε τη λειτουργία βαθμονόμησης, ορίστε τη σωστή απόσταση περιστρέφοντας το κουμπί (δεξιόστροφα προσθέτει εκατοστά, αριστερόστροφα αφαιρεί). Η μετατόπιση κυμαίνεται από 0 έως 2,55 m.

Όταν τελειώσετε, απλώς πατήστε το κουμπί ξανά. Δύο διαφορετικοί τόνοι θα δημιουργηθούν από τον εσωτερικό βομβητή για να σας δώσουν μια ακουστική ανατροφοδότηση. Η λειτουργία βαθμονόμησης έχει χρονικό όριο 1 λεπτού: εάν δεν ορίσετε το offset εντός αυτού του χρονικού ορίου, η συσκευή εξέρχεται από τη λειτουργία βαθμονόμησης και επιστρέφει στη λειτουργία μέτρησης, χωρίς να αλλάξετε την αποθηκευμένη μετατόπιση. Η μετατόπιση αποθηκεύεται στη μνήμη EEPROM του Arduino, για να διατηρείται σε επόμενες απενεργοποιήσεις.

Βήμα 5: Κωδικός

Η ST Microelectronics κυκλοφόρησε μια πλήρη βιβλιοθήκη API για το VL53L0X, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης χειρονομιών. Για τους σκοπούς της συσκευής μου, βρήκα ευκολότερο να χρησιμοποιήσω τη βιβλιοθήκη VL53L0X της Pololu για το Arduino. Αυτή η βιβλιοθήκη προορίζεται να παρέχει έναν γρηγορότερο και ευκολότερο τρόπο για να ξεκινήσετε τη χρήση του VL53L0X με έναν ελεγκτή συμβατό με Arduino, σε αντίθεση με την προσαρμογή και τη σύνταξη του API της ST για το Arduino.

Έχω ρυθμίσει τον αισθητήρα σε λειτουργία Υ ACΗΛΗΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ και ΜΕΓΑΛΗΣ ΕΥΚΑΙΡΙΑΣ, για να έχω μεγαλύτερη ελευθερία στο ύψος εγκατάστασης και τη ρύθμιση μετατόπισης. Αυτό θα οδηγήσει σε πιο αργή ταχύτητα ανίχνευσης, η οποία ούτως ή άλλως είναι αρκετή για τους σκοπούς αυτής της συσκευής.

Η μετατόπιση αποθηκεύεται στη μνήμη EEPROM του Arduino, οι τιμές της οποίας διατηρούνται όταν η πλακέτα είναι απενεργοποιημένη.

Στην ενότητα βρόχου, το νέο μέτρο συγκρίνεται με το προηγούμενο και εάν περάσουν 2,5 δευτερόλεπτα στο ίδιο μέτρο (και αν ΔΕΝ είναι τιμή εκτός λειτουργίας ή χρονικού ορίου), το μέτρο αφαιρείται από τη μετατόπιση και εμφανίζεται σταθερά στην οθόνη Το Μια "επιτυχημένη" σύντομη μουσική παίζεται από τον πιεζοφωνητή, για να ειδοποιήσει με ακουστικό τρόπο τον χρήστη.

Βήμα 6: Διαγράμματα

Βήμα 7: Περίβλημα/θήκη και συναρμολόγηση

Καθώς η αδυναμία μου να κόψω ορθογώνια παράθυρα σε εμπορικά κουτιά είναι πολύ γνωστή, πήρα το δρόμο να σχεδιάσω μια θήκη με CAD και να την στείλω για τρισδιάστατη εκτύπωση. Δεν είναι η φθηνότερη επιλογή, αλλά εξακολουθεί να είναι μια βολική λύση επειδή προσφέρει τη δυνατότητα να είναι πολύ ακριβής και ευέλικτος στη θέση όλων των εξαρτημάτων.

Το μικρό τσιπ λέιζερ είναι τοποθετημένο χωρίς γυαλί κάλυψης, προκειμένου να αποφευχθούν διασταυρώσεις και ασταθή μέτρα. Εάν θέλετε να εγκαταστήσετε το λέιζερ πίσω από ένα κάλυμμα, θα πρέπει να ακολουθήσετε μια περίπλοκη διαδικασία βαθμονόμησης όπως αναφέρεται στην τεκμηρίωση της ST Microelectronics.