BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN Đề tài Kết nối Arduinovới thiết bị bên ngoài module VL53L5CX

lOMoARcPSD|9242611 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN Đề tài: Kết nối Arduino với thiết bị bên ngoài: module VL53L5CX GVHD: Chu Đức Việt Nhóm : SVTH: - Trần Tấn Dương 20202741 - Nguyễn Tiến Dũng 20202786 - Nguyễn Tuấn Dương 20202740 - Lại Nguyễn Đức Giang 20202742 Hà Nội : tháng năm 2022 lOMoARcPSD|9242611 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG Tính năng: Ứng dụng: Mô tả II Thông số kĩ thuật Thông số chung Trường quan sát Trường chiếu sáng Sơ đồ khối hệ thống Cổng kết nối thiết bị III GIAO TIẾP VỚI MODULE VL53L5CX - SATEL VÀ ARDUINO Kết nối module lv53l5cx-satel với arduino Lập trình điều khiển module VL53L5CX – SATEL 10 lOMoARcPSD|9242611 I GIỚI THIỆU CHUNG MODLUE VL53L5CX - SATEL Tính năng: • Cảm biến đo khoảng cách đa vùng nhanh xác: - Đầu đa vùng khác với vùng riêng biệt 4x4 8x8 - Chế độ lượng thấp tự động với ngưỡng lập trình ngắt để đánh thức máy chủ - Lên đến 400 cm khác - Phát đa mục tiêu đo khoảng cách khu vực - Khả tốc độ khung hình 60 Hz - Xử lý biểu đồ bù theo thuật toán giảm thiểu loại bỏ tác động nhiễu xuyên âm kính che - Chỉ báo chuyển động cho khu vực để hiển thị mục tiêu di chuyển chúng di chuyển • Mơ-đun thu nhỏ tích hợp đầy đủ với trường nhìn rộng (FoV): - Bộ phát: bề mặt khoang dọc phát ánh sáng vơ hình 940 nm phát tia laser (VCSEL) trình điều khiển tương tự tích hợp - FoV vng chéo 63 ° sử dụng phần tử quang học nhiễu xạ (DOE) phát thu - Nhận mảng điốt tuyết lở photon đơn (SPAD) - Bộ vi điều khiển cơng suất thấp chạy Firmware - Kích thước: 6.4 x 3.0 x 1.5 mm • Tích hợp dễ dàng: - Thành phần chỉnh lại đơn lẻ lOMoARcPSD|9242611 - Các tùy chọn nguồn điện linh hoạt, hoạt động đơn lẻ 3,3 V 2,8 V kết hợp 3,3 V 2,8 V AVDD với 1,8 V IOVDD - Tương thích với nhiều loại vật liệu kính che Ứng dụng: • Sự hiểu biết cảnh vật Phát khoảng cách đa vùng đa đối tượng cho phép lập đồ phòng 3D phát chướng ngại vật cho ứng dụng robot • FoV rộng quét đa vùng cho phép quản lý nội dung (tải xe tải, xe tăng, thùng rác) • Cơng nhận cử • Kiểm sốt mức chất lỏng • Chỉnh sửa keystone cho máy chiếu video • Tự động lấy nét hỗ trợ laser (LAF) Nâng cao tốc độ độ mạnh hệ thống AF máy ảnh, đặc biệt cảnh khó ánh sáng yếu độ tương phản thấp • Tăng cường thực tế ảo / thực tế ảo (AR / VR) Máy ảnh kép lập thể hỗ trợ độ sâu 3D nhờ đo khoảng cách đa vùng • Tịa nhà thông minh hệ thống chiếu sáng thông minh (phát người dùng để đánh thức thiết bị) • IoT (phát người dùng đối tượng) • Theo dõi tiêu điểm video Phạm vi 60 Hz cho phép tối ưu hóa thuật tốn lấy nét liên tục Mô tả VL53L5CX cảm biến đại, Time-of-Flight (ToF), cảm biến đa vùng nâng cao dòng sản phẩm ST FlightSense Nằm gói nhỏ gọn chỉnh lại, tích hợp mảng SPAD, lọc hồng ngoại vật lý phần tử quang học nhiễu xạ (DOE) để đạt hiệu suất khác tốt điều kiện ánh sáng xung quanh khác với nhiều loại vật liệu kính che phủ Việc sử dụng DOE phía bề mặt khoang thẳng đứng phát tia laser (VCSEL) cho phép chiếu FoV vuông lên trường Sự phản xạ ánh sáng thấu kính thu hội tụ vào mảng SPAD Không giống cảm biến IR thông thường, VL53L5CX sử dụng công nghệ ToF trực tiếp hệ ST cho phép đo khoảng cách tuyệt đối màu sắc độ phản xạ mục tiêu Nó cung cấp phạm vi xác lên đến 400 cm có lOMoARcPSD|9242611 thể hoạt động tốc độ nhanh (60 Hz), khiến trở thành cảm biến ToF thu nhỏ, đa vùng, nhanh thị trường Có thể đo khoảng cách đa vùng lên đến 8x8 vùng với FoV chéo 63 ° rộng giảm bớt phần mềm Nhờ thuật toán cấp sáng chế ST Histogram, VL53L5CX phát đối tượng khác FoV Biểu đồ cung cấp khả miễn dịch để che phủ nhiễu xuyên âm thủy tinh 60 cm II Thông số kĩ thuật Thông số chung Bảng Các thơng số vl53l5cx Tính Chi tiết Gói Optical LGA16 Kích cỡ 6.4 x 3.0 x 1.5 mm Phạm vi to 400 cm vùng Điện áp hoạt động IOVDD: 1.8 2.8 V 3.3 V AVDD: 2.8 V 3.3 V Nhiệt độ hoạt động -30 đến 85 °C Tần số mẫu Lên tới 60 Hz Bộ phát hồng ngoại 940 nm I2C bus I2C: 400 kHz to MHz serial bus, address: 0x52 Chế độ hoạt động Liên tục tự động Trường quan sát Rx (hoặc cảm biến) vùng loại trừ bao gồm tất mô-đun dung sai lắp ráp sử dụng để xác định kích thước cửa sổ đo Cửa sổ đo phải rộng khu vực loại trừ Khu vực phát đại diện cho việc áp dụng hệ thống FoV mà mục tiêu đc phát hiện, khoảng cách đo xác định ống kính Rx hoạc độ Rx, hẹp vùng loại trừ Hình Mơ tả hệ thống FoV vùng loại trừ (ko theo tỉ lệ) lOMoARcPSD|9242611 Bảng góc FoV Vùng phát Tổng vùng loại trừ Ngang Thẳng Chéo 45 o 45 o 63 o 55.5 o 61 o 82 o Note: vùng phát phụ thuộc vào mơi trường cấu hình cảm biến khoảng cách mục tiêu, độ phản xạ, mức độ ánh sáng xung quanh, độ phân giải cảm biến, mài, chế độ khác thời gian tích hợp Note: vùng phát Bảng góc FoV đo lường với mục tiêu vng góc phản xạ 88% FoV đầy đủ, nằm m từ cảm biến, khơng có ánh sáng xung quanh (điều kiện tối), với độ phân giải 8x8 làm sắc nét 14% (giá trị mặc định), chế độ Liên tục 15 Hz Trường chiếu sáng Trường chiếu sáng VCSEL (FoI) thể hình Cơng suất tín hiệu phát tương đối phụ thuộc vào góc Fol tương ứng với: • 50 ° x 50 ° xét chùm tia với 75 % tín hiệu tối đa • 65 ° x 65 ° xét chùm tia với 10 % tín hiệu lOMoARcPSD|9242611 Hình VL53L5CX FoI Sơ đồ khối hệ thống Hình sơ đồ khối VL53L5CX Cổng kết nối thiết bị Hình cho thấy cổng kết nối VL53L5CX lOMoARcPSD|9242611 Hình VL53L5CX pinout (góc nhìn từ lên) Bảng Mô tả chân kết nối VL53L5CX Số pin A1 Tên tín hiệu I2C_RST Loại tín hiẹu Digital input Mơ tả tín hiệu Đặt lại chân I2C, kích hoạt trạng thái high Chuyển đổi chân từ sang 1, trở lại để đặt lại I2C Nối đất GND qua trở 47 kΩ A2 RSVD4 A3 INT A4 IOVDD Reserved Digital input/output (I/O) Power Nối đất ground Đầu gián đoạn, mặc định opendrain output (tristate), cần trở 47 kΩ đến IOVDD Nguồn 1.8 V, 2.8 V or 3.3 V cấp cho lõi kĩ thuật số nguồn I/O Kích hoạt comms Đặt chân logic để vơ hiệu hóa I2C comms thiết bị A5 LPn Digital input chế độ LP Đặt chán logic để kích hoạt I2C comms chế độ LP Đặc biệt dùng cần thay đổi địa (adress) I2C hệ thống đa thiết bị Cần trở 47 kΩ đến IOVDD A6 RSVD1 Reserved Nối đất (ground) lOMoARcPSD|9242611 A7 RSVD2 Reserved Nối đất (ground) B1 AVDD Power Nguồn 2.8 V or 3.3 V analog nguồn VCSEL B4 THERMALPAD Ground Nối đất ground để dẫn tản nhiệt tốt B7 AVDD Power Nguồn 2.8 V or 3.3 V analog VCSEL C1 GND Ground Ground C2 RSVD6 Reserved Chân đa nhiệm I/O, mặc định opendrain output (tristate), cần trở 47 kΩ đến IOVDD C3 SDA Digital I/O Data (hai chiều), cần trở 2.2 kΩ đến IOVDD C4 SCL Digital input Đồng hồ (đầu vào input), cần trở 2.2 kΩ đến IOVDD C5 RSVD5 Reserved Không kết nối C6 RSVD3 Reserved Nối đất (ground) C7 GND Ground Ground lOMoARcPSD|9242611 Note: chân THERMALPAD phải kết nối với ground Note: tất tín hiệu kỹ thuật phải chuyển đến mức IOVDD Note: bật chân I2C_RST đặt lại giao tiếp cảm biến I2C không thiết lập lại thân cảm biến III GIAO TIẾP VỚI MODULE VL53L5CX - SATEL VÀ ARDUINO Kết nối module lv53l5cx-satel với arduino lOMoARcPSD|9242611 Hình Sơ đồ kết nối chân vl53l5cx-satel arduino Kênh kết nối trái Kênh kết nối phải VL53L5C XPin No Pin Name MCU Pin MCU Pin Pin Name Pin No SATEL Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) VL53L5C XSATEL lOMoARcPSD|9242611 - - - - PC5 D15 10 SCL - - - - PC4 D14 SDA - - - - - AREF - - - - - GND - NC - PB5 D13 - IOREF - PB4 D12 - RESET PC6 PB3 ~D11 IOVDD +3V3 - PB2 ~D10 AVDD +5V - PB1 ~D9 GND - PB0 D8 GND - - - - VIN - PD7 D7 - - - ~PD6 D6 A0 PC0 ~PD5 D5 I2C_RST A1 PC1 PD4 D4 INT A2 PC2 ~PD3 D3 LPn A3 PC3 PD2 D2 A4 PC4 PD1 D1 A5 PC5 PD0 D0 PWR_EN GND Bảng Sơ đồ chân kết nối module vl53l5cx-satel arduino tương ứng Lập trình điều khiển module VL53L5CX – SATEL Dưới vài ví dụ code lập trình điều khiển module VL53CXSATEL: - Ví dụ 1: Đọc 64 giá trị khoảng cách lúc #include #include //http://librarymanager/All#SparkFun_VL53L5CX Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 SparkFun_VL53L5CX myImager; VL53L5CX_ResultsData measurementData; /* Result data class structure, 1356 byes of RAM */ int imageResolution = 0; /*Used to pretty print output*/ int imageWidth = 0; /*Used to pretty print output*/ void setup(){ Serial.begin(115200); delay(1000); Serial.println("SparkFun VL53L5CX Imager Example"); Wire.begin(); /*This resets to 100kHz I2C*/ Serial.println("Initializing sensor board This can take up to 10s Please wait."); if (myImager.begin() == false){ Serial.println(F("Sensor not found - check your wiring Freezing")); while (1) ; } myImager.setResolution(8*8); /*Enable all 64 pads*/ imageResolution = myImager.getResolution(); /*Query sensor for current resolution - either 4x4 or 8x8*/ imageWidth = sqrt(imageResolution); /*Calculate printing width*/ Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 myImager.startRanging(); } void loop(){ /*Poll sensor for new data*/ if (myImager.isDataReady() == true){ if (myImager.getRangingData(&measurementData)) /*Read distance data into array*/ { /*The ST library returns the data transposed from zone mapping shown in datasheet*/ /*Pretty-print data with increasing y, decreasing x to reflect reality*/ for (int y = ; y = ; x ){ Serial.print("\t"); Serial.print(measurementData.distance_mm[x + y]); } Serial.println(); } Serial.println(); } } delay(5); /*Small delay between polling*/ Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 } - Ví dụ 2: Thiết lập bus I2C để giảm thiểu số lượng khoảng thời gian cần thiết để kích hoạt cảm biến #include #include /*http://librarymanager/All#SparkFun_VL53L5CX*/ SparkFun_VL53L5CX myImager; VL53L5CX_ResultsData measurementData; /*Result data class structure, 1356 byes of RAM*/ int imageResolution = 0; /*Used to pretty print output*/ int imageWidth = 0; /*Used to pretty print output*/ void setup() { Serial.begin(115200); delay(1000); Serial.println("SparkFun VL53L5CX Imager Example"); Wire.begin(); /*This resets I2C bus to 100kHz*/ Wire.setClock(400000); /*Sensor has max I2C freq of 400kHz*/ /*Wire.setClock(1000000)*/; /*Run sensor out of spec*/ /*myImager.setWireMaxPacketSize(128); /*Increase default from 32 bytes to 128 - not supported on all platforms*/ Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Serial.println("Initializing sensor board This can take up to 10s Please wait."); /*Time how long it takes to transfer firmware to sensor*/ long startTime = millis(); bool startup = myImager.begin(); long stopTime = millis(); if (startup == false){ Serial.println(F("Sensor not found - check your wiring Freezing")); while (1) ; } Serial.print("Firmware transfer time: "); float timeTaken = (stopTime - startTime) / 1000.0; Serial.print(timeTaken, 3); Serial.println("s"); myImager.setResolution(8*8); /*Enable all 64 pads*/ imageResolution = myImager.getResolution(); /*Query sensor for current resolution - either 4x4 or 8x8*/ imageWidth = sqrt(imageResolution); /*Calculate printing width*/ myImager.startRanging(); } Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 void loop(){ /*Poll sensor for new data*/ if (myImager.isDataReady() == true){ if (myImager.getRangingData(&measurementData)) /*Read distance data into array*/ { /*The ST library returns the data transposed from zone mapping shown in datasheet*/ /*Pretty-print data with increasing y, decreasing x to reflect reality*/ for (int y = ; y = ; x ){ Serial.print("\t"); Serial.print(measurementData.distance_mm[x + y]); } Serial.println(); } Serial.println(); } } delay(5); /*Small delay between polling*/ } Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 - Ví dụ 3: Tăng tần số đầu #include #include /*http://librarymanager/All#SparkFun_VL53L5CX*/ SparkFun_VL53L5CX myImager; VL53L5CX_ResultsData measurementData; /* Result data class structure, 1356 byes of RAM*/ int imageResolution = 0; /*Used to pretty print output*/ int imageWidth = 0; /*Used to pretty print output*/ void setup(){ Serial.begin(115200); delay(1000); Serial.println("SparkFun VL53L5CX Imager Example"); Wire.begin(); /*This resets I2C bus to 100kHz*/ Wire.setClock(400000); /*Sensor has max I2C freq of 400kHz*/ Serial.println("Initializing sensor board This can take up to 10s Please wait."); if (myImager.begin() == false){ Serial.println(F("Sensor not found - check your wiring Freezing")); while (1) ; } Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 myImager.setResolution(8 * 8); /*Enable all 64 pads*/ imageResolution = myImager.getResolution(); /*Query sensor for current resolution - either 4x4 or 8x8*/ imageWidth = sqrt(imageResolution); /*Calculate printing width*/ /*Using 4x4, frequency is 1Hz and max is 60Hz*/ /*Using 8x8, frequency is 1Hz and max is 15Hz*/ bool response = myImager.setRangingFrequency(15); if (response == true){ int frequency = myImager.getRangingFrequency(); if (frequency > 0){ Serial.print("Ranging frequency set to "); Serial.print(frequency); Serial.println(" Hz."); } else Serial.println(F("Error recovering ranging frequency.")); } else{ Serial.println(F("Cannot set ranging frequency requested Freezing ")); while (1) ; } myImager.startRanging(); } Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 void loop(){ /*Poll sensor for new data*/ if (myImager.isDataReady() == true){ if (myImager.getRangingData(&measurementData)) /*Read distance data into array*/ { /*The ST library returns the data transposed from zone mapping shown in datasheet*/ /*Pretty-print data with increasing y, decreasing x to reflect reality*/ for (int y = ; y = ; x ){ Serial.print("\t"); Serial.print(measurementData.distance_mm[x + y]); } Serial.println(); } Serial.println(); } } delay(5); /*Small delay between polling*/ } Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) ... VỚI MODULE VL53L5CX - SATEL VÀ ARDUINO Kết nối module lv53l5cx-satel với arduino Lập trình điều khiển module VL53L5CX – SATEL 10 lOMoARcPSD|9242611 I GIỚI THIỆU CHUNG MODLUE VL53L5CX. .. PWR_EN GND Bảng Sơ đồ chân kết nối module vl53l5cx- satel arduino tương ứng Lập trình điều khiển module VL53L5CX – SATEL Dưới vài ví dụ code lập trình điều khiển module VL53CXSATEL: - Ví dụ 1: Đọc... lại thân cảm biến III GIAO TIẾP VỚI MODULE VL53L5CX - SATEL VÀ ARDUINO Kết nối module lv53l5cx-satel với arduino lOMoARcPSD|9242611 Hình Sơ đồ kết nối chân vl53l5cx- satel arduino Kênh kết nối