Holybro ST VL53L1X Lidar

Zapytaj o cenę i dostępność na info(@)pronetkrakow.com.pl

ST VL53L1X LiDAR
Producent: Holybro Tech Co., Ltd., Chiny

ST VL53L1X LiDAR firmy Holybro jest kompaktowym laserowym czujnikiem odległości wykorzystującym technologię Time-of-Flight (ToF) firmy STMicroelectronics. ToF, czyli „czas przelotu”, polega na pomiarze czasu potrzebnego światłu podczerwonemu na dotarcie do obiektu i powrót do czujnika. Dzięki temu urządzenie wykonuje bezpośredni pomiar odległości, zamiast szacować ją wyłącznie na podstawie intensywności odbitego światła.

Moduł bazuje na czujniku STMicroelectronics VL53L1X z rodziny FlightSense™. Zawiera emiter niewidzialnego światła podczerwonego o długości fali 940 nm, matrycę odbiorczą SPAD (Single Photon Avalanche Diode – lawinowe fotodiody pojedynczych fotonów) wraz z układem optycznym oraz zintegrowany mikrokontroler realizujący przetwarzanie danych pomiarowych. Laser został sklasyfikowany jako Class 1 zgodnie z IEC 60825-1:2014.

Podstawowe parametry

Moduł Holybro oferuje:

maksymalny deklarowany zasięg pomiarowy: do 4 m,
częstotliwość pomiarów: do 50 Hz,
interfejs komunikacyjny: I²C, do 400 kHz,
typowe pełne pole widzenia FoV (Field of View): około 27°,
programowalny ROI (Region of Interest – obszar zainteresowania), pozwalający ograniczyć pole widzenia oraz zmieniać jego pozycję,
napięcie zasilające modułu Holybro: 3,3–5 V,
wymiary modułu Holybro: 25 × 10,7 × 3,2 mm,
masę: 2,4 g.

Należy rozróżnić parametry gotowego modułu Holybro od parametrów samego układu scalonego ST VL53L1X. Sam czujnik ST pracuje przy napięciu około 2,6–3,5 V, natomiast płytka przygotowana przez Holybro jest przystosowana do zasilania 3,3–5 V.

Dostępne modele i tryby pracy

Holybro oferuje aktualnie ten produkt jako jeden wariant sprzętowy – ST VL53L1X Lidar, SKU 19004. Na stronie producenta nie występują opcje wyboru wersji, zasięgu ani interfejsu.

Sam VL53L1X może natomiast pracować w trzech programowo wybieranych trybach odległości:

Short – krótki zasięg, większa odporność na silne światło otoczenia,
Medium – tryb pośredni,
Long – maksymalizacja zasięgu, do około 4 m w odpowiednich warunkach.

Nie są to osobne modele urządzenia, lecz konfiguracje tego samego czujnika. ST podaje przykładowo dla określonych warunków testowych maksymalny zasięg około 1,36 m w trybie Short, 2,9 m w Medium i 3,6 m w Long w ciemnym otoczeniu. W silnym oświetleniu możliwości trybów Medium i Long mogą być znacznie ograniczone.

Zastosowania

VL53L1X może być wykorzystywany m.in. do:

pomiaru wysokości dronów nad podłożem,
wspomagania lądowania i zawisu,
wykrywania sufitu lub innych przeszkód,
wykrywania obiektów przez roboty mobilne,
systemów obecności i zbliżeniowych,
prostych systemów unikania przeszkód,
pomiarów odległości w systemach automatyki i IoT.

STMicroelectronics wymienia wprost zastosowania związane z dronami, robotami usługowymi, automatyką budynkową, wykrywaniem obecności oraz rozpoznawaniem prostych gestów.

Ograniczenia pomiarowe

Deklarowanego zasięgu 4 m nie należy traktować jako gwarantowanego zasięgu w każdych warunkach. Zasięg zależy m.in. od poziomu światła otoczenia, ustawionego trybu pracy, czasu pomiaru oraz właściwości celu.

ST pokazuje w dokumentacji, że silne światło otoczenia może bardzo wyraźnie zmniejszyć maksymalny zasięg, szczególnie w trybie Long. ArduPilot również określa VL53L1X jako czujnik dobrze nadający się do zastosowań wewnętrznych i ostrzega, że w jasnym świetle słonecznym zarówno zasięg, jak i precyzja ulegają znacznemu pogorszeniu.

Oprogramowanie wymagane do działania

VL53L1X nie wymaga własnej aplikacji komputerowej do pracy. Jest czujnikiem I²C sterowanym przez urządzenie nadrzędne – np. kontroler lotu, mikrokontroler lub komputer jednopłytkowy. To urządzenie nadrzędne musi posiadać odpowiedni sterownik VL53L1X.

Wymagane oprogramowanie zależy więc od sposobu wykorzystania urządzenia.

1. Pixhawk / PX4

Holybro VL53L1X jest przeznaczony między innymi do współpracy z kontrolerami lotu. Dokumentacja PX4 wymienia go bezpośrednio jako obsługiwany czujnik odległości. Moduł posiada 4-pinowe złącze kompatybilne z portem I²C m.in. w Pixhawk 4 i Pixhawk 5X oraz innych kontrolerach zgodnych ze standardem złączy Pixhawk.

Firmware PX4 posiada natywny sterownik vl53l1x, dlatego przy pracy z kompatybilnym kontrolerem lotu nie trzeba instalować na czujniku żadnego dodatkowego oprogramowania ani biblioteki ST. Obsługę komunikacji I²C i odczytu odległości realizuje firmware autopilota.

Do konfiguracji autopilota można wykorzystywać QGroundControl, jednak QGroundControl nie jest sterownikiem VL53L1X – jest aplikacją Ground Control Station służącą do konfiguracji i obsługi systemu PX4.

2. ArduPilot

VL53L1X jest również oficjalnie obsługiwany przez ArduPilot jako czujnik odległości. Podłącza się linie zasilania, GND, SDA i SCL do magistrali I²C kontrolera lotu. Parametry czujnika mogą być skonfigurowane z poziomu oprogramowania Ground Control Station, np. Mission Planner.

W tym przypadku również nie instaluje się osobnego programu bezpośrednio dla modułu Holybro – obsługę czujnika zapewnia firmware ArduPilot.

3. Własny mikrokontroler lub system embedded

Jeżeli moduł ma zostać użyty poza PX4 lub ArduPilot, producent układu – STMicroelectronics – udostępnia oficjalne biblioteki programistyczne.

Podstawową opcją jest:

STSW-IMG009 – VL53L1X ULD API (Ultra Lite Driver)

Jest to zoptymalizowany sterownik napisany w języku C. Zawiera funkcje umożliwiające m.in.:

inicjalizację VL53L1X,
uruchamianie i zatrzymywanie pomiarów,
odczyt odległości,
konfigurację parametrów pracy czujnika.

Sterownik został przygotowany tak, aby mógł być przenoszony pomiędzy różnymi platformami mikrokontrolerowymi poprzez warstwę realizującą komunikację I²C. ST podaje, że wersja Ultra Lite składa się z czterech plików i zajmuje około 2,3 KB pamięci Flash.

Dostępna jest również pełna biblioteka:

STSW-IMG007 – VL53L1X Full API

Jest to pełny zestaw funkcji w języku C zapewniający dostęp do funkcji czujnika, takich jak inicjalizacja, pomiary odległości i konfiguracja parametrów. Biblioteka zawiera także przykładowy kod oraz dokumentację API.

Dla nowych, niewielkich implementacji embedded bardziej praktycznym wyborem jest zazwyczaj STSW-IMG009 Ultra Lite Driver, natomiast Full API może być wykorzystywane tam, gdzie potrzebny jest szerszy dostęp do funkcji czujnika.

4. Oprogramowanie ST dla PC

ST udostępnia także STSW-IMG008, czyli graficzne oprogramowanie Windows dla VL53L1X. Nie jest ono jednak wymagane do normalnej eksploatacji modułu Holybro. Narzędzie zostało przygotowane przede wszystkim dla zestawu ewaluacyjnego ST P-NUCLEO-53L1A1. Nie należy więc traktować go jako standardowego programu konfiguracyjnego dla modułu Holybro VL53L1X.