Hesam Moshiri自己打造的雷射測距裝置

測距應用對許多創(chuàng)客而言并不陌生，例如紅外線測距、超音波測距等，但較少人使用雷射（對岸稱為激光）測距。近期有一名創(chuàng)客Hesam Moshiri就示范如何打造一個基本的雷射測距。

控制電路設(shè)計開發(fā)

Hesam先挑一片主控板，他選擇的RP2040-Zero板主控芯片為RP2040，即樹莓派官方的獨特MCU芯片，該芯片除了供自家RaspberryPi Pico板使用外，也供其他板卡商制成自己要的控制板，RP2040-Zero即是其一。

RP2040-Zero控制板接腳說明

嬌小的RP2040-Zero板為整體控制電路的心臟，但還需要一個控制用的身體，對此Hesam設(shè)計了一片與RP2040-Zero連接的外圍控制板，是運用Altium公司的云端版設(shè)計軟件Altium Designer 23設(shè)計成，設(shè)計期間也透過網(wǎng)站搜尋可以取得的電子零件并產(chǎn)生料件列表（俗稱BOM表），設(shè)計完成后的外圍控制板為雙層板，并委托他人客制生產(chǎn)，取得生產(chǎn)完成的印刷電路板后，Hesam再將購得的電子料件焊接上板子，以此實現(xiàn)外圍控制板。

Hesam Moshiri自己設(shè)計與RP2040-Zero控制板（藍色部分）連接的外圍電路板（綠色部分），外圍電路板上具備繼電器（偏左位置的大灰色塊）

控制板、外圍控制板的立體電子零件布局圖

客制的控制板畢竟不量產(chǎn)，故沒有名字，而其上頭有繼電器（relay）、LED燈號、按鈕等，以及有個專屬連接器可連接蜂鳴器（buzzer），以便后續(xù)開發(fā)可以使用。然后，電力的部份也是先接到客制板上再傳遞給RP2040-Zero板，不過RP2040-Zero自身也能取得電力。

客制板還有兩個特別的連接器，一個僅有4根接腳，用來連接飛時（Time-of-flight, ToF）測距傳感器（distance sensor），傳感器芯片是意法半導體（STMicroelectronics, STMicro）的VL53L0X（同時具有發(fā)送接收）。4根接腳的連接器本質(zhì)上是I2C接口。

關(guān)于VL53L0X的性能規(guī)格，STMicro官網(wǎng)寫最遠可以量測200公尺，但一般要考慮配置與外部環(huán)境因素等，實務(wù)而言約在3公分～1公尺間；分辨率方面最小可以到0.1公分，不過也有誤差范圍，誤差在3%～10%間。

另一個連接器有40根接腳，用來連接軟板的TFT顯示器，本質(zhì)上是SPI接口，用來顯示量測到的距離數(shù)值。Hesam用一片2.4吋、分辨率320 x 240的彩色TFT顯示器。

控制程序設(shè)計開發(fā)

軟件部分Hesam只有概略交代，但也能略窺一二，首先他是用比較底層、比較技術(shù)的方式進行軟件開發(fā)，先是使用Raspberry Pi Pico的Pico C/C++ SDK v1.5函式庫，然后花許多時間在LVGL（Light and Versatile Embedded Graphics Library）函式庫上，用該函式庫來設(shè)計開發(fā)2.4吋TFT顯示器上的顯示畫面。

然后為了同時使用上RP2040內(nèi)的兩個執(zhí)行核心，Hesam在RP2040-Zero控制板上跑一個實時操作系統(tǒng)（RTOS，沒有明講是哪一套）。至于開發(fā)工具方面，Hesam用常見的Microsoft Visual Studio Code（簡稱VS Code），寫好的程序則透過gccarm 12.2.1編譯程序進行編譯。

若想了解程序細節(jié)，其實Hesam也已經(jīng)把源代碼放一份在Altium社群項目網(wǎng)站上，項目名稱Laser-Range-Finder，必須注冊賬號后登入才能看，或者直接連結(jié)Google、Facebook賬號也可以。

Hesam Moshiri在Altium社群項目網(wǎng)站上釋出雷射測距的源代碼

筆者下載一份后檢視，里頭有VL43L0X的C語言源代碼（擴展名.c，另也有用上含括檔.h），以及一個已經(jīng)編譯好的Laser.uf2檔案，可以直接燒到控制板上，或者保險一點是先放入flash_nuke.uf2檔案把控制板上原有的內(nèi)容都清掉，而后才放入Laser.uf2檔案。

各種應用可能

Hesam完成上述后，后續(xù)就是讓其他人以此為基礎(chǔ)去加搭發(fā)揮，例如「當距離短于30公分時透過蜂鳴器發(fā)出警告」，類似今日汽車常見的倒車雷達，但其實多數(shù)是以超音波技術(shù)實現(xiàn)；或者是「距離超過80公分時則啟動繼電器，從而驅(qū)動電風扇、洗衣機等大功率設(shè)備運作」。

最后，雷射測距也是有缺點，照射到黑體物是不容易反射的，會被吸收，如此就無法準確測距，但是超音波與紅外線同樣有其優(yōu)缺點，所以通常是同時使用上兩種或兩種以上的測距技術(shù)而后交叉比對確認，對于一些避障應用而言這將是不可少的。

審核編輯：湯梓紅