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          LiDAR激光雷達(dá)技術(shù)原理及Arduino示例代碼糾錯(cuò)

          作者:硬之城 時(shí)間:2024-04-30 來源:搜狐科技 收藏

          (Light Detection and Ranging,LiDAR)即激光探測(cè)和測(cè)距,又稱光學(xué)雷達(dá),是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的一種基礎(chǔ)感測(cè)技術(shù)。LIDAR是激光科技與雷達(dá)技術(shù)的組合,以下以無人機(jī)和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域常用的LIDAR-Lite系列為例,介紹LIDAR與Arduino開發(fā)板的連接幾測(cè)距示例。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202404/458254.htm

          LiDAR工作原理

          LiDAR工作原理與通信雷達(dá)一樣,都是飛行時(shí)間測(cè)量法(Time of Flight,TOF),只是發(fā)射介質(zhì)采用的是對(duì)人畜無害的紅外光束(Light Pluses),而不是無線電波。


          LiDAR示意圖

          LiDAR通過發(fā)射、反射和接收紅外光束來探測(cè)白天或黑夜下的特定物體及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),甚至由于反射度的不同,車道線和路面也是可以區(qū)分開來的。對(duì)于車用,光速是每秒30萬公里,要區(qū)分目標(biāo)厘米級(jí)別的精確距離,對(duì)傳輸時(shí)間測(cè)量分辨率必須做到1納秒。要如此精確的測(cè)量時(shí)間,對(duì)應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)的成本就很難降低,還需要使用巧妙的方法降低測(cè)量難度。


          激光雷達(dá)LiDAR系統(tǒng)組成

          LiDAR系統(tǒng)一般包括激光發(fā)射光源、接收器、伺服電機(jī)、斜面鏡和光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器(又稱圓光柵)幾部分。通過旋轉(zhuǎn)的機(jī)械鏡面測(cè)量激光發(fā)出和收到回波的時(shí)間差,LiDAR可確定目標(biāo)的方位和距離。由于激光雷達(dá)主動(dòng)發(fā)射激光,因此受環(huán)境光變化的影響小,測(cè)距精確。

          LiDAR與Arduino連接

          LIDAR是激光科技與雷達(dá)技術(shù)的組合,不但應(yīng)用前景廣闊,使用也非常簡便。通過Arduino開發(fā)板就能實(shí)現(xiàn)測(cè)距應(yīng)用,必要的物料BOM表如下: USB micro-B電纜 USB 2.0 A-B型 x1 電阻器 1/4W 500歐姆 x1 SparkFun Arduino開發(fā)板 DEV-15123 x1 LIDAR-Lite v3傳感器 Garmin SEN-14032 x1 電容器 1000uF/25V去耦鋁電解電容器 x1 面包板 x1 跳線 若干


          LIDAR-Lite激光雷達(dá)

          其中,LIDAR-Lite前方有兩個(gè)鏡筒,里面分別是激光發(fā)射器和接收器,用以發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)目標(biāo)。側(cè)面的電氣接口用來連接6-wire電纜。底部的4個(gè)安裝孔用來固定傳感器,螺絲規(guī)格為 #6 or M3.5。 LIDAR-Lite有6個(gè)引線,用來與控制板通信。其功能分別為: 紅色:5V,連接5V電源。 橙色:PWR EN,電源使能(內(nèi)部上拉) 黃色:MODE,模式控制(用于PWM模式) 綠色:SCL,I2C時(shí)鐘 藍(lán)色:SDA,I2C數(shù)據(jù) 黑色:GND,接地線

          LIDAR-Lite的引線及功能說明

          由于LIDAR-Lite工作于4.5V to 5.5V,消耗的連續(xù)電流高達(dá)135mA (待機(jī)狀態(tài)為105mA),為了維持穩(wěn)定工作,需要在5V電源和GND之間連接一個(gè)680μF電容器,并盡量靠近LIDAR傳感器單元。 用于SCL和SD線路的I2C總線上拉電阻器一般為4.7kΩ,如果鏈路較長或系統(tǒng)器件較多,可改用較小阻值的電阻元件。當(dāng)線路長度超過允許長度時(shí),可采用總線擴(kuò)展器。


          LIDAR傳感器與Arduino開發(fā)板連接

          按照電路圖將LIDAR傳感器與RedBoard或者其他Arduino兼容開發(fā)板連接,IDAR-Lite就可以通過I2C總線來測(cè)量距離了。

          LiDAR庫文件及代碼

          連接好電路圖后,用USB電纜將LiDAR連接到PC,就可以安裝專門的Arduino庫文件了。這很簡單,打開Arduino Library Manager按照提示操作就OK了。如果這些庫文件沒有鏈接到Arduino IDE,就需要手動(dòng)操作,過程也不復(fù)雜。

          庫文件裝好后,打一個(gè)新的Arduino sketch,拷入如下代碼:

          /**

          * LIDARLite I2C Example

          * Author: Garmin

          * Modified by: Shawn Hymel (SparkFun Electronics)

          * Date: June 29, 2017

          *

          * Read distance from LIDAR-Lite v3 over I2C

          *

          * See the Operation Manual for wiring diagrams and more information:

          * http://static.garmin.com/pumac/LIDAR_Lite_v3_Operation_Manual_and_Technical_Specifications.pdf

          */

          #include <Wire.h>#include <LIDARLite.h>

          // Globals

          LIDARLite lidarLite;int cal_cnt = 0;

          void setup()

          {

          Serial.begin(9600); // Initialize serial connection to display distance readings

          lidarLite.begin(0, true); // Set configuration to default and I2C to 400 kHz

          lidarLite.configure(0); // Change this number to try out alternate configurations

          }

          void loop()

          {

          int dist;

          // At the beginning of every 100 readings,

          // take a measurement with receiver bias correction

          if ( cal_cnt == 0 ) {

          dist = lidarLite.distance(); // With bias correction

          } else {

          dist = lidarLite.distance(false); // Without bias correction

          }

          // Increment reading counter

          cal_cnt++;

          cal_cnt = cal_cnt % 100;

          // Display distance

          Serial.print(dist);

          Serial.println(" cm");

          delay(10);

          }

          代碼上傳成功后,打開Serial Monitor,就可以看到如下顯示的測(cè)量結(jié)果。

          LIDAR傳感器的測(cè)距結(jié)果

          如果Serial Monitor顯示有誤(nack error),大部分情況是I2C總線連接問題,因?yàn)镮2C總線對(duì)接觸不良非常敏感,最好是事先在面包板上焊接幾根導(dǎo)線出來。當(dāng)然,也可能是上拉電阻太大了,可換個(gè)小一點(diǎn)阻值的試試,直到正常測(cè)量為止。



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