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レッスン21: 飛行時間マイクロ-LIDAR距離センサー (VL53L0X)

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico Wを使用してVL53L0X飛行時間マイクロ-LIDAR距離センサーで距離を測定する方法を学びます。Raspberry Pi Pico Wとセンサーの間でI2C通信を設定する手順を説明し、センサーの設定を最適な性能に調整する方法を探ります。また、測定タイミングバジェットとVCSELパルス期間を調整して精度と範囲を向上させる方法も学びます。

必要なコンポーネント

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

以下のリンクからキット全体を購入するのが便利です:

Name	ITEMS IN THIS KIT	LINK
Universal Maker Sensor Kit	94	Universal Maker Sensor Kit

以下のリンクから個別に購入することもできます。

Component Introduction	Purchase Link
Raspberry Pi Pico W	-
Time of Flight マイクロLIDAR距離センサー (VL53L0X)	購入
ブレッドボード	購入

配線

コード

注釈

• universal-maker-sensor-kit-main/pico/Lesson_21_VL53L0X_Module のパスにある 21_vl53l0x_module.py ファイルを開くか、このコードを Thonny にコピーし、「現在のスクリプトを実行」をクリックするか、F5 キーを押して実行します。詳細なチュートリアルについては コードを直接開いて実行する を参照してください。

• ここでは vl53l0x.py を使用する必要があります。Pico W にアップロードされているか確認してください。詳細なチュートリアルについては ライブラリをPicoにアップロードする を参照してください。

• 右下隅にある「MicroPython (Raspberry Pi Pico)」インタープリタをクリックするのを忘れないでください。

import time
from machine import Pin, I2C
from vl53l0x import VL53L0X

print("setting up i2c")
id = 0
sda = Pin(20)
scl = Pin(21)

i2c = I2C(id=id, sda=sda, scl=scl)

print(i2c.scan())

# print("creating vl53lox object")
# Create a VL53L0X object
tof = VL53L0X(i2c)

# Pre: 12 to 18 (initialized to 14 by default)
# Final: 8 to 14 (initialized to 10 by default)

# the measuting_timing_budget is a value in ms, the longer the budget, the more accurate the reading.
budget = tof.measurement_timing_budget_us
print("Budget was:", budget)
tof.set_measurement_timing_budget(40000)

# Sets the VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) pulse period for the
# given period type (VL53L0X::VcselPeriodPreRange or VL53L0X::VcselPeriodFinalRange)
# to the given value (in PCLKs). Longer periods increase the potential range of the sensor.
# Valid values are (even numbers only):

# tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[0], 18)
tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[0], 12)

# tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[1], 14)
tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[1], 8)

while True:
    # Start ranging
    print(tof.ping() - 50, "mm")

    time.sleep_ms(100)  # Short delay of 0.1 seconds to reduce CPU usage

コード解析

1. I2Cインターフェースの設定:

   このコードは、必要なモジュールをインポートし、I2C通信を初期化することから始まります。 machine モジュールを使用して、Raspberry Pi Pico Wの正しいピンを使用してI2Cを設定します。

   vl53l0x ライブラリの詳細については、 kevinmcaleer/vl53l0x をご覧ください。

   import time
   from machine import Pin, I2C
   from vl53l0x import VL53L0X
   
   print("setting up i2c")
   id = 0
   sda = Pin(20)
   scl = Pin(21)
   i2c = I2C(id=id, sda=sda, scl=scl)
   print(i2c.scan())
   

2. VL53L0Xオブジェクトの作成:

   VL53L0X クラスのオブジェクトが作成されます。このオブジェクトは、VL53L0Xセンサーとの対話に使用されます。

   tof = VL53L0X(i2c)
   

3. 測定タイミングバジェットの設定:

   測定タイミングバジェットが設定されます。これは、センサーが測定を実行するのにかかる時間を決定します。タイミングバジェットが長いほど、読み取りがより正確になります。

   budget = tof.measurement_timing_budget_us
   print("Budget was:", budget)
   tof.set_measurement_timing_budget(40000)
   

4. VCSELパルス期間の設定:

   ここでは、VCSEL（垂直共振器面発光レーザー）のパルス期間が設定されます。これにより、センサーの範囲と精度が影響を受けます。

   tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[0], 12)
   tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[1], 8)
   

5. 連続測定ループ:

   センサーは継続的に距離を測定し、それを出力します。 VL53L0X クラスの ping() メソッドを使用して、距離をミリメートル単位で取得します。CPU使用率を減らすために小さな遅延が追加されています。

   while True:
       print(tof.ping() - 50, "mm")
       time.sleep_ms(100)