Como usar o sensor ToF para fazer LiDAR 2D

lidar 2d

Como usar o sensor ToF para projetar LiDAR 2D

O sensor Time-of-Flight (ToF) mede a distância calculando o tempo que um pulso de luz leva para viajar da fonte ao alvo observado e depois retornar ao detector. A fórmula a seguir calcula o tempo de voo:

Valor da distância = tempo de viagem do fóton/ (2 x velocidade da luz)

Para saber mais sobre a tecnologia ToF, clique aqui.

Os sensores ToF podem ser usados ​​para fazer um Lidar, que significa “Light Detection and Ranging”, esta é uma técnica de cálculo pela qual a luz é usada para medir a distância até o objeto mais próximo. Um LiDAR 2D usa um feixe de luz em movimento para escanear um objeto em duas dimensões para fornecer informações de movimento rotacional e distância. O sensor ToF usado em um LiDAR 2D mede os valores em ordem sequencial em um intervalo de tempo igual entre as medições. O sensor tem um campo de visão (FoV) que define o tamanho da região de interesse (ROI) na matriz receptora. Conforme ilustrado na figura 1, vários sensores ToF podem ser fixados de forma circular, inclinando cada sensor em algum ângulo e conectando em paralelo para executar uma varredura surround 2D LiDAR.

180° Scanning with Nine Sensor
Figura 1: Varredura de 180° com nove sensores

Um sensor ToF pode ser baseado em uma interface como I2C, UART, CAN ou qualquer interface serial para ser conectada diretamente a um controlador host como uma placa ARDUINO ou STM32. Ele também pode ser conectado a um computador host, como Raspberry Pi ou a um computador baseado em Windows, usando um conversor UART para USB ou serial. A Figura 2 mostra um diagrama de blocos geral para fazer a interface de um sensor ToF com uma placa controladora e um computador. Para saber mais sobre a interface serial, clique aqui.

Host Controller and Sensor
Figura 2: Conexão entre o controlador host e o sensor

Por exemplo, nove sensores ToF de longa distância VL53L1X podem ser conectados em paralelo, criando um mapa de profundidade de ambiente simples com um FoV de 180°. Cada um dos nove sensores tem um FoV de 20° para cobrir o FoV total de 180° do LiDAR, e o firmware é programado para fornecer 13 pontos de dados por sensor. Assim, uma varredura completa de 180° criaria um total de 117 pontos de dados. A estimativa de tempo é de cerca de 12mS por ‘zona’ do sensor, o que equivaleria a um tempo total de varredura de aproximadamente 160mS, dando uma taxa de quadros de pouco mais de 6 FPS. É possível desenvolver uma aplicação final usando a API ULD VL53L1X (interface de programação de aplicação de driver ultra-lite). Possui um conjunto de funções C controlando um único sensor ou vários sensores para inicialização e alcance. Essa API estruturada pode ser compilada em qualquer plataforma por meio de uma camada de plataforma bem isolada principalmente para acesso I²C de baixo nível.

A configuração de hardware envolve o uso do P-NUCLEO-53L1A1 combinado com a placa de expansão X-NUCLEO-53L1A1 e o STM32F401RE NUCLEO, conforme mostrado na figura 3. Os nove sensores conectados às placas breakout VL53L1X compartilham interface I2C idêntica, terra e energia . Cada pino de reinicialização do sensor se conecta a um pino GPIO do host alocado.

VL53L1X ToF Sensors
Figura 3: Configuração de hardware com sensores VL53L1X ToF

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* Texto originalmente publicado em: link

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