Лазерный дальномер своими руками: Самодельный сканирующий лазерный дальномер / Хабр

alexxlab | 28.01.1997 | 0 | Разное

Содержание

Самодельный сканирующий лазерный дальномер / Хабр


В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.


Зачем нужен сканирующий дальномер?

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.

Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:


Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.


Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.


Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:


Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.

Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.

Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:


Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.

Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.


Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.

В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:


Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:

Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):


В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.

Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:


Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).


Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.


Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.

Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:


Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:


Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:


Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:

Вид сверху:

Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:


Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:


Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:


Расстояние Разброс
1 м <1 см
2 м 2 см
5 м 7 см

Стоимость изготовления дальномера:


DIY, $ Опт., $
Основание
Пластина основания 1,00 0,50
Двигатель 0,00 1,00
Подшипник 1,50 1,00
Щеточный узел 7,50 5,00
Крепежные детали 0,00 2,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT6 5,00 4,00
Фотоприемная линейка 18,00 12,00
Остальная электроника 4,00 3,00
Плата 1,50 0,50
Объектив 2,00 1,50
Держатель объектива 1,00 0,50
Лазер 1,00 0,80
Пластиковые детали 3,00 2,00
Крепежные детали 0,00 1,00
Сборка 0,00 20,00
Итого: 45,50 54,80

В первой колонке — во сколько дальномер обошелся мне, во второй — сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).


Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше — 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов — экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП — 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode — Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:


Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести — с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.


Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе — он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:

Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

Длина стороны клетки — 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер “видит” мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

ROS позволяет объединять несколько программ (“узлов” в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую “направить” робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:


Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:


Исходные коды программы контроллера

P. S. Также у меня есть проект более простого лидара.

Лазерный дальномер своими руками – Статьи на сайте Четыре глаза


Полезная информация

Главная » Статьи и полезные материалы » Бинокли, зрительные трубы и дальномеры » Статьи о биноклях и зрительных трубах » Делаем лазерный дальномер своими руками

Многие оптические и цифровые приборы можно сделать самостоятельно. Правда, они все равно будут сильно уступать готовым изделиям от официальных производителей, но как инженерный проект – это весьма интересно. Лазерный дальномер своими руками сделать тоже можно.

Самый простой вариант – использовать наборы для электронных самоделок. Для дальномера нам понадобятся следующие компоненты: корпус, батарейный отсек, дисплей, сонар, выключатели, монтажный провод, инструменты и программируемый контроллер Arduino NANO. Все это можно приобрести, например, на китайских торговых площадках. Чтобы лазерный дальномер получился своими руками без ошибок, имеет смысл найти на тематическом форуме видеоинструкцию, и сделать все в соответствии с ней.

Приобрести готовый дальномер можно в этом разделе.

4glaza.ru
Октябрь 2020

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.


Рекомендуемые товары


Смотрите также

Другие статьи о биноклях, монокулярах и зрительных трубах:

  • Обзор бинокля Levenhuk Sherman 10×50 в блоге masterok.livejournal.com
  • Обзор зрительной трубы Levenhuk Blaze 70 PLUS на сайте prophotos.ru
  • Видео! Монокуляр Bresser Topas 10×25: видеообзор серии компактных монокуляров (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор монокуляра ночного видения Bresser National Geographic 5×50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор биноклей Levenhuk: Karma PLUS 8×25, Karma PLUS 10×25, Sherman PRO 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Как выбрать бинокль: практические советы для охотника, рыболова и туриста (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор водозащищенного бинокля Levenhuk Karma PRO 10×50 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокль Levenhuk Atom 10–30×50: видеообзор и сравнение с Veber Omega БПЦ 8–20×50 WP (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокль для кладоискателя: сравнение Levenhuk Atom 7×35, Levenhuk Karma PLUS 8×32 и Bresser Travel 8×22 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокли для охоты: сравнение Levenhuk Atom 10×50 с БПЦ2 12х45 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Бинокли Bresser Travel 10×32 и Levenhuk Atom 7×50: сравнение двух моделей (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Как выбрать бинокль: советы и решения (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор монокуляра Levenhuk Wise PLUS 10×42 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор бинокля Bresser Hunter 8×40 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор яркой серии биноклей Levenhuk Rainbow 8×25 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Монокуляры Levenhuk Wise PLUS: видеообзор серии монокуляров (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Видеообзор Дмитрия Пучкова на сайте oper.ru: «В цепких лапах 80: бинокль Levenhuk Vegas 8×32» (на сайте Oper.ru)
  • Видео! Что такое зрительная труба и как ее изобрели (канал GetAClassRus, Youtube.ru)
  • Театральные бинокли: история появления и современные технологии
  • Обзор биноклей Levenhuk серии Energy PLUS
  • Приятное с Полезным. Тест биноклей Nikon Action 12х50 CF и Nikon Action 10-22х50 CF
  • Лазерный меч твоей винтовки
  • Дальномер вам в помощь!
  • Бинокль для понедельника. Бинокли Nikon со стабилизацией изображения StabilEyes 14×40 / 12×32 / 16×32
  • Ваша светлость. Охотничьи бинокли Никон
  • Почувствуй себя микадо, почувствуй себя императором
  • Лазерный дальномер Nikon LRF 1000A S
  • Ваша светлость. Бинокли и дальномеры Nikon
  • Зрительная труба Nikon Fieldscope ED 82 WP с окуляром 75X82 WIDE DS
  • Как выбрать хороший бинокль – разбираемся в этой статье
  • Как ухаживать за биноклем
  • Как работает бинокль
  • Типы биноклей
  • Выбираем футляр для бинокля
  • Как сделать бинокль своими руками
  • Бинокли Второй мировой войны
  • Бинокль с тепловизором
  • Адаптер для бинокля: на штативе смотреть удобнее!
  • Можно ли брать бинокль на стадион?
  • Гражданские и военные бинокли СССР
  • Бинокли Сваровски: цены, особенности, репутация
  • Сравнение биноклей: изучаем рейтинги или оцениваем самостоятельно?
  • Расшифровка цифр на бинокле
  • Характеристики биноклей: как выбрать идеальный оптический прибор
  • Походный бинокль: какой лучше для охоты, путешествий и прогулок?
  • Отечественные бинокли: Россия и производство оптической техники
  • Фокус бинокля: как настроить правильно?
  • Японские бинокли: отзывы, цены, особенности
  • Юстировка бинокля своими руками
  • Цифровой бинокль-фотоаппарат: купить или не купить?
  • Наглазники для бинокля: купить с выдвижными или со складывающимися?
  • Что такое инфракрасный бинокль?
  • Тактический бинокль – стоит ли его покупать?
  • Бинокли белорусского производства
  • Бинокль: схема устройства
  • Бинокли со стабилизацией изображения: цена и особенности
  • Бинокль переменной кратности: купить или нет?
  • Бинокль с лазерным дальномером
  • Самый дальнобойный бинокль, который выпускали в СССР
  • Как выбрать профессиональный бинокль
  • Лучшие бинокли мира
  • Бинокль с камерой
  • Бинокль с автофокусом: купить или нет?
  • Мощный бинокль с зумом
  • Что делать, если бинокль двоит?
  • Как сделать бинокль из бумаги
  • Что такое призматический бинокль?
  • Зачем нужна призма Аббе?
  • На что влияет диаметр выходного зрачка в бинокле?
  • Просветление объективов оптических систем
  • Цифры на бинокле – зачем нужны и о чем говорят
  • Окулярная насадка «Турист»
  • Бинокль призменный: Yukon и другие
  • Бинокль «Фотон-7»
  • Зрительная труба Галилея: принцип действия
  • Диаметр входного зрачка
  • Лучшие светосильные объективы
  • Где найти обзоры биноклей Veber?
  • Где найти обзоры зрительной трубы Veber?
  • Знакомьтесь – зрительная труба Veber MAK1000х90!
  • История создания бинокля
  • Способы определения дальности до цели
  • Определение расстояний биноклем
  • Рубиновое покрытие
  • Поле зрения биноклей
  • Какие выбрать стекла бинокля
  • Чем занять детей дома?
  • Чем заняться на карантине дома?
  • Чем заняться школьникам на карантине?
  • Зрительная труба: какую выбрать и на что обратить внимание перед покупкой
  • О чем говорят характеристики зрительной трубы?
  • Какие бывают объективы зрительных труб?
  • Бинокль с ночным видением и дальномером: цена и возможности
  • Бинокль ночного видения своими руками
  • Военные бинокли ночного видения
  • Что такое глобус политический с подсветкой?
  • Какой глобус купить ребенку – физический или политический?
  • Кто изобрел подзорную трубу?
  • Все об интерактивном глобусе Oregon Scientific SG18
  • Зачем нужен датчик лазерного дальномера?
  • Обзор на лучшие приборы ночного видения
  • Прибор ночного видения: характеристики и возможности
  • Как проводить измерения лазерным дальномером?
  • Как включить прибор ночного видения?
  • Как сделать очки ночного видения?
  • Как выбрать хороший монокуляр: советы, характеристики и лучшие модели
  • Как пользоваться лазерным дальномером?
  • Как работает тепловизор?
  • Делаем домашний планетарий своими руками
  • Какой купить металлоискатель для поиска монет?
  • Какой фонарик лучше купить?
  • Встроенный автомобильный GPS-навигатор
  • Выбираем фонарик для охоты, рыбалки и похода
  • Самый мощный монокуляр: увеличение
  • Тепловизионный монокуляр для охоты
  • Монокуляры с большой кратностью
  • Обзор лучших монокуляров
  • Хороший недорогой монокуляр
  • Как выбрать призменный монокуляр
  • Монокуляр с дальномером для охоты
  • Очки ночного видения для охоты
  • Очки ночного видения для детей
  • Инфракрасные очки ночного видения
  • Лазерный дальномер: описание прибора
  • Делаем лазерный дальномер своими руками
  • Принцип работы лазерного дальномера
  • Существует ли рейтинг GPS-навигаторов?
  • Какой лазерный дальномер выбрать для точных измерений?
  • Рейтинг монокуляров: как правильно подготовиться к покупке прибора
  • Устройство прибора ночного видения
  • Цифровой GPS-компас: купить или не нужно?
  • Что лучше – бинокль или монокуляр?
  • Ремень для бинокля: назначение и где купить
  • Телеконвертер для объективов
  • Мобильный тепловизор для смартфона

Оптический дальномер своими руками . / Я ищу ответ / НеПропаду

Итак, что же такое дальномер лазерный своими руками? Данное приспособление используется во многих сферах жизни человека. Им еще пользуются геологи и геодезисты. Это устройство можно использовать везде, где требуется произвести замеры расстояния с абсолютной точностью. По этой причине широкую популярность получили лазерные дальномеры, у которых высокие показатели точности и надежности. А можно ли соорудить такое устройство собственными руками?Такой дальномер выполняет измерения благодаря световым потокам. Сигналом выступает электромагнитное излучение, которое окрашено в нужный цвет. Зачастую оно бывает красным. По законам физики скорость света значительно выше скорости звука, поэтому время измерения равного промежутка будет отличаться.


Устройство лазерного дальномера.

Калибровка дальномера

Из картона вырезается треугольник с основанием три дюйма и высотой восемь дюймов. От окна или другого источника света откладывается наименьшая дистанция, указанная на фокусировочной шкале вашей камеры, и измеряющий становится на данную точку лицом к свету. Треугольник нужно держать напротив окна перед глазами на расстоянии вытянутой руки, используя естественное мышечное усилие, которое могло бы быть воспроизведено по желанию. Сфокусировав глаза на окне, вы убедитесь, что треугольник кажется сдвоенным, поскольку каждый глаз смотрит на него со своей собственной точки зрения. Продолжая удерживать фокус на окне, можно приложить прямую линейку поперёк треугольника, параллельно его основанию, так, чтобы она пересекала края каждого из двух мнимых треугольников в точке их взаимного пересечения. Наконец по линейке проводится линия. Этим завершается калибровка для данной дистанции.

Полная фокусировочная шкала вашей камеры наносится на картонный треугольник точно таким же способом: отступая от окна на соответствующее расстояние, определяют, где пересекаются два мнимых треугольника и проводят горизонтальную линию через это пересечение. Точность дальномера убывает с увеличением дистанции, но точно так же убывает и необходимость в критическом фокусе. Прилагающиеся рисунки показывают, как выглядит завершённый дальномер и каким он кажется, когда глаза сфокусированы на точке за ним.

Рис. 1 Дальномер (для глаз и руки автора).Рис. 2 Вид дальномера, когда глаза сфокусированы на предмете за ним.

Сборка: практические рекомендации

Структурная схема импульсного лазерного дальномера.

Чтобы изготовить дальномер своими руками можно за основу взять схему лазерной связи. В данном случае передача данных происходит очень быстро, скорость равна 10 Мбит. Такая величина соответствует имеющейся частоте модуляции.

Для такого лазерного устройства берется самый простой усилитель мощности. Он состоит из одной микросхемы 74HC04, которая собрана из шести инверторов. Подача тока ограничивается специальными резисторами. Однако умельцы могут заменить резисторы более надежными деталями.

Пусконаладочная плата становится источником 5-вольтового напряжения. Таким образом усилитель получает питание. Чтобы убрать наводки сигнала на другую часть электрической схемы, усилительный корпус делается стальным, каждый провод экранируется.

В качестве лазера выступает привод, установленный в DVD-приставках. Такое устройство имеет вполне достаточную мощность для функционирования на частоте, достигающей 10 МГц.

В состав приемника входит:

В состав усилителя входит полевой транзистор, специальная микросхема. Когда увеличивается расстояние, происходит падение освещенности фотодиода. Поэтому необходимо иметь мощное усиление. Собираемая схема позволяет достичь 4000 единиц.

Когда увеличивается частота, начинают уменьшаться сигналы фотодиода. Усилитель подобной конструкции является главной и сильно уязвимой частью. Его настройка требует очень высокой точности. Желательно отрегулировать коэффициент усиления таким образом, чтобы получать максимальные значения. Самым простым способом будет подача на транзистор 3 В. Можно установить обыкновенную батарейку.

Чтобы приемник начал работать, необходимо подать 12 В. Для этого устанавливается специальный блок питания.

У такого усилителя высокая чувствительность к любым наводкам, поэтому его нужно обязательно экранировать. Можно для этого воспользоваться корпусом оптического датчика. Экранирование фотодиода можно сделать из обычной фольги.

Описанная выше система позволит создать самодельный лазерный дальномер в бытовых условиях.

Как пользоваться дальномером

При практическом использовании шкала удерживается вертикально на расстоянии вытянутой руки, в то время как глаза сфокусированы на значимой части сцены. Ноготь большого пальца скользит вверх по шкале до видимого пересечения двух треугольников, после чего взгляд можно перевести на треугольник, чтобы увидеть, какую линию отмечает ноготь, и сфокусировать камеру в соответствии с полученным значением. Казалось бы, ничего не может быть проще, однако существуют некоторые досадные помехи, о которых нельзя забывать.

Наши глаза обманывают нас. Иногда нам кажется, что мы смотрим точно на объект, но на самом деле наши глаза сфокусированы на точке в воздухе. Средство от этого – сделать несколько считываний достаточно быстро, не давая глазам времени уставать или колебаться. Повторяйте до получения согласующихся результатов. Также следует помнить, что глазной зрачок это не точка, и его размер при ярком освещении, не таков, как при тусклом. Вследствие этого, на дальнем конце шкалы возникает определённый недостаток точности, и при чтении со шкалы приходится использовать приблизительно ту же яркость, что и при калибровке. Этот эффект уменьшается, если производить калибровку при умеренно ярком освещении, а непосредственно перед считыванием посмотреть на свет такой же интенсивности.

Математическое отношение и обоснование для данного прибора показаны на рис. 3, и, как можно увидеть, расстояние между глазами весьма существенно для больших расстояний. Смысл в том, что если шкала откалибрована в светлой комнате и используется также в светлой комнате, расстояние между глазами не меняется. Меж тем, в тёмных местах глазной зрачок расширяется, преувеличивая, таким образом, одни значения и преуменьшая другие.

Другой источник нестабильности, а именно трудность удерживания шкалы всегда на одном и том же расстоянии, очень легко преодолевается посредством очень небольшой практики, использованием естественного положения и комфортного мышечного усилия. Погрешности в удерживании треугольника особенно значимы на ближних дистанциях.

Это устройство не приспособлено для коммерческого производства, поскольку оно должно соответствовать определённой паре глаз и конкретной руке. Оно ничего не стоит и может быть изготовлено за полчаса, но при использовании с должным вниманием, оно превращает пару зорких глаз в отличный дальномер, который не требует себе оправдания. Продолжительное использование этого прибора в процессе фотографирования играющих детей с близкого расстояния и при открытой диафрагме позволило получить множество вполне удовлетворительных негативов и продемонстрировало полезность устройства.

Рис.3 Кривые, показывающие зависимость длины меток на шкале от расстояния до объекта при длине руки 27 дюймов и различных расстояниях между глазами. CD – длина линии на шкале в дюймах. BE – расстояние от глаз до объекта в футах. AB – расстояние между глазами в дюймах.

***

Классификация приборов для определения дальности

Когда и где появились первые измерители дальности? Впервые в продаже это приспособление вышло в 1992 году на Западе, но его стоимость доходила до нескольких тысяч долларов. И только спустя четыре года эти устройства стали доступны более широкому кругу пользователей. Затем уже многие фирмы стали работать в данном направлении. А сегодня разновидностей этого инструмента довольно много, самые точные используют принцип лазера в работе, известной моделью считается дальномер лейка (Leica), в ассортименте имеются и другие приборы похожего назначения, например, геодезические рулетки на лазерах.

В чем же заключается принцип действия? Модели активного типа измеряют расстояние при помощи времени, затраченного посланным сигналом на прохождение пути до объекта и обратно. Скорость, с которой данный сигнал распространяется, предварительно, естественно, известна (звуковая и световая скорость). Определение расстояния с помощью пассивных вариантов прибора основано на вычислении высоты равнобедренного треугольника. Активные делят на три типа: звуковые, световые, лазерные. А пассивные на два: оптические и нитяные.

Послесловие переводчика

Нельзя не отдать должное изобретательности автора, хотя литературная сторона статьи, конечно, оставляет желать.

Мне не вполне ясно, каким образом изменение размера зрачка может влиять на расстояние между зрачками. Очевидно, автор подразумевает не расстояние между центрами зрачков, а скорее расстояние между их медиальными краями. По-моему это не совсем правильно. В конце концов, оптическая ось глаза проходит именно через центр зрачка, а потому для наших целей важно именно расстояние между центрами зрачков, которое не зависит от их диаметра. Правда, при расширении зрачка (мидриазе) происходит уменьшение глубины резко изображаемого пространства, в результате чего объекты не в фокусе (в том числе сдвоенный треугольник дальномера) будут выглядеть несколько более размытыми. Это немного снижает точность измерения, но не настолько, чтобы этому факту стоило уделять особое внимание.

Рис.4 Примерно так выглядит метрический дальномер.

Прецезионность калибровки дальномера эмпирическим путём, т.е. буквально на глаз, также вызывает у меня определённые сомнения. Слишком уж неточен метод измерения (особенно для дальних дистанций), чтобы применять его при разметке эталонной шкалы. На мой взгляд, расположение горизонтальных меток на шкале дальномера лучше рассчитать. Я даже придумал алгоритм, который способен облегчить эту задачу. Всё что вам нужно, это попросить кого-нибудь измерить расстояние между центрами ваших зрачков (глаза при этом должны смотреть вдаль), а также расстояние от глаз до шкалы дальномера, удерживаемого в вытянутой руке, после чего подставить полученные цифры в соответствующие ячейки формы и нажать на кнопку «Построить таблицу». Для каждой дистанции вы получите высоту соответствующей горизонтальной метки, считая от снования треугольника, а также её длину (отрезок CD на рисунке 3). Все величины, само собой разумеется, метрические.

Ремонт лазерного уровня: распространенные поломки

Чиню дальномеры этой модели в пятый раз… Так как первое образование «слесарь контрольно измерительных приборов и аппаратуры. Вообще, приборчик достаточно надежный и очень точный. Точнее пожалуй только некоторые модели Hilti и Leica. Но…суровая действительность вносит свои НО. Если говорить именно про DLE 50…то проблемы с ним могут начаться после падения. И тут ничего удивительного нет.

e2e06 дальномер, в надежде что отошел шлейф но уже не уверен что в Re: ремонт лазерного дальномера купить новый.

Стоит ли покупать лазерную рулетку?

Достоверное измерение расстояний — это обязательная операция, сопровождающая любой ремонт квартиры своими руками либо с привлечением бригады строителей. Она влияет на качество работы, позволяет точно определить количество необходимых материалов, рассчитать стоимость конечных финансовых затрат. Материал нашей статьи посвящен обычной и лазерной рулетке для домашнего мастера, технологиям точного измерения размеров строительных элементов, определения их геометрии с поясняющими картинками, схемами и видео. На его основе вы сможете сделать выбор прибора измерения расстояний: пользоваться дальше простой измерительной лентой или приобрести современный лазерный уровень — дальномер со множеством функций, облегчающих повседневную работу профессионального строителя. Рулетка — измерительный прибор, который может потребоваться для замера от случая к случаю или работать постоянно.

Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

Все дальномеры, можно условно разделить на две большие группы. Одни применяют для внутренних работы, другие для внешних. Диапазон измерений, дальномеров, которые предназначены для внутренних измерений как правило, не превышает 100 метров.

Лазерный дальномер для работы в помещениях

Для таких работ могут быть использованы дальномеры, которые используют оба принципа действия.

Ремонт лазерной рулетки своими руками

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах. Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь. Вам было отправлено письмо с инструкцией по восстановлению пароля. Если вы не получили письмо в течение 5 минут, проверьте папку спам, попробуйте еще раз. Подпишитесь на автора Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора. Всем привет! Недавно выполнил небольшой, но интересный заказ.

Самодельный лазерный дальномер

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера – один из них. Важное достоинство этого метода – он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток – сложность, и соответственно, цена дальномера.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лазерный нивелир своими руками.

Лазерный дальномер


На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера – один из них. Важное достоинство этого метода – он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток – сложность, и соответственно, цена дальномера.

Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные – используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния. На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:.

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть.

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме. Первая версия дальномера:. Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня.

Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее. Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив h и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта – чем меньше угол, тем больше расстояние. Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи :. Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера – лазер, объектив и фотоприемная линейка.

Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке. Тут может возникнуть вопрос – зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером базового расстояния , так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния.

Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким. Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки. Самое сложное в самодельном дальномере – изготовление механической части.

Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.

Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD – сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема – электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя.

Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема – линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками – на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.

Фотография второй версии дальномера:. Еще один недостаток получившегося дальномера – низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м. Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера. В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее.

Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты.

Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов – тоже не самые короткие и быстрые.

Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения. В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS Однако купить ее оказалось непросто.

У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет. Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей.

Обе линейки выглядели паянными – обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS можно купить только напрямую у производителя. Светочувствительная линейка ELIS, как следует из названия, содержит пикселя.

Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется. При сходных размерах, она содержит пикселей и имеет цифровой выход. Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров – STM32F, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.

В результате у меня получилась такая схема: Сигнал с линейки вывод 10 имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.

Далее сигнал нужно усилить – для этого используется операционный усилитель AD Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае пришлось заказать сразу 10 штук :. В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива такие используются в различных камерах.

Лазер в данном дальномере – инфракрасный нм лазерный модуль, мощностью 3. Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно. Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:. Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.

Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК. Пример вида сигнала с линейки объект на расстоянии 3 м. Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом. После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.

В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс. Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух.

Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании. Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:. Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.

Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий – его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера. Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом.

Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось – ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек. Вот так выглядит основание дальномера снизу: Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток.

Сюда же подводится питание дальномера. Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика.


Интересный принцип работы лазерного дальномера или как надо пользоваться измерителем

Итак, что же такое дальномер лазерный своими руками? Данное приспособление используется во многих сферах жизни человека. Им еще пользуются геологи и геодезисты. Это устройство можно использовать везде, где требуется произвести замеры расстояния с абсолютной точностью.

Есть отечественные мастера, которые создают лазерный дальномер своими руками. Самодельный прибор используют в бытовых.

Все об охоте

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Продолжаем обслуживать старый хьюлет. Идеальный номер два? Ожившая классика. Please click here if you are not redirected within a few seconds. Зарегистрироваться Логин или эл. Напомнить пароль Пароль. Войти Запомнить меня.

Самодельный фазовый лазерный дальномер. Лазерный дальномер своими руками

Широко применяется в инженерной геодезии , при топографической съёмке , в военном деле , в навигации , в астрономических исследованиях, в фотографии [ источник не указан дней ]. Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов. Импульсный лазерный дальномер — это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно, и зная значение скорости света , можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.

Войдите , пожалуйста.

Лазерный дальномер из web камеры

Ибо сейчас это просто куча upd, и нифига не понятно, что ты там наменял. Кстати, как считаешь, может стоит тебе записать ролик для подписчиков по основам работы с гитом? Многим было бы полезно. Вчера видел этот видос на канале – не глядя шлёпнул минус. Хотел возмутиться, что пиздить видосики с ютуба и постить на пикабу – много ума не надо. Оказывается много ума не надо, чтобы лепить минусы не задумываясь.

Как сделать безопасный самодельный 3D-лазерный дальномер

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Продолжаем обслуживать старый хьюлет. Идеальный номер два? Ожившая классика.

Хочу собрать фазовый лазерный дальномер. Дальность около пары метров, а точности в 1 сантиметр. В качестве теоретической.

Дальномер своими руками.Возможно ли это?

Я пытаюсь создать простой самодельный 3D-лазерный дальномер, используя общий линейный лазер и ИК-камеру, аналогичную описанной ниже настройке here. Линейный лазер и камера обнаруживали бы глубину в двух измерениях. Затем я смонтировал их на сервоприводе, чтобы подметать его под углом, чтобы отслеживать третье измерение.

Самодельный фазовый лазерный дальномер. Лазерный дальномер своими руками

Имеется лазерный источник света и матрица цветной камеры , расположенные на небольшом расстоянии друг от друга под некоторым определенным углом. Причем матрица расположена т. На рисунке она названа зоной измерений. Диапазон этой зоны выбирается согласно требований. На цели 1 при наведении на нее лазера появится яркое красное пятно.

СБ c до

Тема в разделе ” Посоветуйте детальки “, создана пользователем Roman Koff , 6 июн Войти или зарегистрироваться. Искать только в заголовках Сообщения пользователя: Имена участников разделяйте запятой. Новее чем: Искать только в этой теме Искать только в этом разделе Отображать результаты в виде тем. Быстрый поиск. Лазерный дальномер для arduino Тема в разделе ” Посоветуйте детальки “, создана пользователем Roman Koff , 6 июн Существуют ли подобные модули, или можно как-то собрать подобный девайс из обычного лазерного дальномера?

Посоветуйте за разумные деньги датчик лазерный дальномер. Немного удивлён тем что полно в продаже дальномеров в виде готового приборчика с дисплеем, аккумулятором и т. Или не там ищу? Не разбирать же


Лазерный дальномер своими руками. Берем в руки дальномер, когда важно точное расстояние

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория
Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:


Как видно, расстояние до отражателя – 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера – 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз – 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять – на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов – у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность – довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Теги:

  • лазерный дальномер
  • stm32
  • stm32f4discovery
Добавить метки

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера – один из них. Важное достоинство этого метода – он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток – сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные – используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят – цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой – 400$.

Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме .
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта – чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи :


Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера – лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос – зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере – изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD – сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема – электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема – линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками – на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:


Еще один недостаток получившегося дальномера – низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов – тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:


Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными – обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит – более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров – STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:


Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить – для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):


В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере – инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:


Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).


Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс .
Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:


Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий – его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:


Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось – ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:


Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:


Вид сверху:


Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка – она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать – установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее :


Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток – из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны – в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:


Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:


РасстояниеРазброс
1 м
2 м2 см
5 м7 см

Стоимость изготовления дальномера:


DIY, $Опт., $
Основание
Пластина основания1,000,50
Двигатель0,001,00
Подшипник1,501,00
Щеточный узел7,505,00
Крепежные детали0,002,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT65,004,00
Фотоприемная линейка18,0012,00
Остальная электроника4,003,00
Плата1,500,50
Объектив2,001,50
Держатель объектива1,000,50
Лазер1,000,80
Пластиковые детали3,002,00
Крепежные детали0,001,00
Сборка 0,0020,00
Итого: 45,5054,80

В первой колонке – во сколько дальномер обошелся мне, во второй – сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше – 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов – экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц – 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП – 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode – Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:


Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести – с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе – он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:


Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS .
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:


Длина стороны клетки – 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam . Для справки: SLAM – метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер “видит” мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):


ROS позволяет объединять несколько программ (“узлов” в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую “направить” робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:

Добавить метки

Дальномер – это устройство, которое предназначено для определения точного расстояния от наблюдателя до конкретного объекта. Прибор просто необходим в инженерной геодезии, строительстве линий передач и путей сообщения, сельском хозяйстве, туризме, навигации, военном деле…

Классификация приборов для определения дальности

Когда и где появились первые измерители дальности? Впервые в продаже это приспособление вышло в 1992 году на Западе, но его стоимость доходила до нескольких тысяч долларов. И только спустя четыре года эти устройства стали доступны более широкому кругу пользователей. Затем уже многие фирмы стали работать в данном направлении. А сегодня разновидностей этого инструмента довольно много, самые точные используют принцип лазера в работе, известной моделью считается дальномер лейка (Leica), в ассортименте имеются и другие приборы похожего назначения, например, на лазерах.

В чем же заключается принцип действия? Модели активного типа измеряют расстояние при помощи времени, затраченного посланным сигналом на прохождение пути до объекта и обратно . Скорость, с которой данный сигнал распространяется, предварительно, естественно, известна (звуковая и световая скорость). Определение расстояния с помощью пассивных вариантов прибора основано на вычислении высоты равнобедренного треугольника. Активные делят на три типа: звуковые, световые, лазерные. А пассивные на два: оптические и нитяные.

Дальномеры активного типа – изучаем работу инструментов

Звуковые модели измеряют расстояние до предметов, которые отражают звуковые волны. Работают по принципу эхолокатора, то есть сначала происходит излучение короткого звукового импульса, который имеет очень высокую частоту. Затем включается микрофон, и происходит отсчет времени, за которое звуковой импульс вернется обратно, отразившись от какого-либо объекта. Когда вернувшийся сигнал достигнет датчика, будет известен результат. Световые типы приспособления для измерения расстояния используют модуляции света по яркости с постоянной или же переменной частотой.

Расстояние высчитывается за счет разности фаз между отраженным и посланным светом. Для этого требуется наличие сложных электронных и электрических устройств в приборе. Именно с помощью световых моделей было установлено точное расстояние от Земли до Луны. Лазерные инструменты включают в себя главные элементы устройства – отражатель и излучатель. При помощи специальных функциональных клавиш можно задать точку отсчета и пользоваться всеми программными возможностями прибора. Также некоторые модели оснащены дополнительными функциями – отражательная панель для проверки, измерение температуры воздуха, выбор системы измерений, настройка автоматического отключения, индикатор батареи.

В процессе работы с лазерным приспособлением не требуется помощь второго человека, как, например, в случае с . Для того чтобы вычислить расстояние до определенного объекта, необходимо навести на него лазерный луч. Устройство измеряет время, за которое луч проходит от него до объекта, а после его отражения возвращается обратно. В результате производятся подсчеты, и данные выводятся на экран. Измерять можно как горизонтальные, так и вертикальные плоскости. С помощью лазерного дальномера можно также измерить объем помещения и его общую площадь.

Кроме того, такое устройство дает уникальную возможность измерить лишь определенный фрагмент стены, а не всю ее полностью. Можно также определить ширину и высоту объекта.

Огромным плюсом является то, что лазерный прибор может вычислить среднее значение нескольких измерений, а точность при этом будет на очень высоком уровне. Также имеется возможность узнать площадь и круглых предметов, а не только прямоугольных или квадратных. Если помещение имеет наклонный потолок, то инструмент определит не только площадь, но и угол наклона, и длину ската. Все измерения можно проводить на расстоянии до 200 метров. В случае, если прибор необходим вам для измерения исключительно только помещений, достаточно будет приобрести устройство, дальность измерений которого не превышает 50 метров. Если вы собираетесь работать с большими расстояниями, то необходимо также воспользоваться штативом и отражающей пластиной, это позволит получить более точные результаты. Но не все модели могут крепиться на штатив, это нужно уточнять у продавца.

Основные характеристики лазерных инструментов зависят не только от конструкции, например, диапазон измерения зависит от мощности источника излучения и от внешних условий работы, например, на дальность влиять будет освещение. Стоит отдельно отметить, что она снижается, если измерения проводятся под открытым небом. У бытовых моделей наблюдаются небольшие погрешности, и эти погрешности возрастают при измерениях на больших расстояниях. Но даже такие варианты лазерных устройств сравнительно дорогие.

Меряем дальность пассивными методами

Оптический дальномер может быть двух типов – стереоскопический и монокулярный. Несмотря на то, что они отличаются по конструкции деталей, основная схема у них одинаковая, кроме того, принципы работы идентичны. По двум известным углам треугольника, а также одной известной стороне определяется его неизвестная сторона. Два телескопа строят изображение объекта. Кажется, что объект наблюдается в разных направлениях. Кроме того, такие приборы могут быть как с полным наложением полей, так и с половинным – верхняя половина изображения от одного телескопа объединяется с нижней половиной другого.

Монокулярные модели являются разновидностью оптических, работают также по принципу совмещения изображений, очень часто встраиваются в фототехнику для получения более резкого изображения . Преимущества монокулярных дальномеров в том, что нет необходимости в точной горизонтальной наводке, а изображение при измерении смещается как в правом, так и в левом поле. К недостаткам монокулярных приборов относится высокая утомляемость оператора, так как работа производится одним глазом, также с ними практически невозможна работа с движущимися объектами, а объекту нужно иметь четкую образующую, которая расположена на девяносто градусов к линии раздела поля, иначе точность измерения значительно снизится.

Стереоскопические модели также являются разновидностью оптических, имеют двойную зрительную трубу. В фокальной плоскости находятся метки, и изображение объекта совмещается с изображением этих меток, расстояние полностью пропорционально смещению компенсатора. Основное преимущество стереоскопического инструмента над монокулярным – более точные измерения расстояния. Именно они используются для того, чтобы определить дальность, а также высоту полета и его угловые координаты. Самые мощные стереоскопические приборы способны работать на расстояния до 50 000 метров, что же касается измерения высоты, то здесь цифры немного меньше – до 20 000 метров.

Нитяной вариант измерителей дальности – самый простой вид инструмента подобного назначения, имеющий постоянный параллактический угол, именно поэтому можно сделать такой дальномер своими руками, если вдруг вам понадобилось измерить дальность, а бегать по магазинам нет времени, или жаль денег. Он может определять расстояния до 300 метров. В качестве базы у данного устройства используется нивелирная рейка, имеющая сантиметровое деление, а в поле зрения трубы видны специальные линии. Принцип работы: для точного определения расстояния подсчитывается число делений, которые находятся между линиями, а искомым, в конечном итоге, будет расстояние в метрах. Нитяной прибор имеет очень простую конструкцию и очень простой принцип работы, он также способен вычислить расстояние без особых погрешностей. Но электронный дальномер по своей точности всё-таки выигрывает.

В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.

Зачем нужен сканирующий дальномер?

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера – один из них. Важное достоинство этого метода – он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток – сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные – используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят – цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой – 400$.

Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта – чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:

Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера – лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос – зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере – изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD – сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема – электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема – линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками – на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:

Еще один недостаток получившегося дальномера – низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов – тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:

Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными – обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит – более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров – STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:


Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить – для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.
3D рендер разведенной печатной платы:


Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):

В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере – инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:

Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).

Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.
Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:

Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий – его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:

Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось – ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:

Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:


Вид сверху:


Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка – она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать – установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:

Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток – из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны – в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:

Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:

РасстояниеРазброс
1 м
2 м2 см
5 м7 см

Стоимость изготовления дальномера:

DIY, $Опт., $
Основание
Пластина основания1,000,50
Двигатель0,001,00
Подшипник1,501,00
Щеточный узел7,505,00
Крепежные детали0,002,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT65,004,00
Фотоприемная линейка18,0012,00
Остальная электроника4,003,00
Плата1,500,50
Объектив2,001,50
Держатель объектива1,000,50
Лазер1,000,80
Пластиковые детали3,002,00
Крепежные детали0,001,00
Сборка 0,0020,00
Итого: 45,5054,80

В первой колонке – во сколько дальномер обошелся мне, во второй – сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше – 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов – экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц – 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП – 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode – Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:

Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести – с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе – он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:


Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:


Длина стороны клетки – 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM – метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер “видит” мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):


ROS позволяет объединять несколько программ (“узлов” в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую “направить” робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:

Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:

Исходные коды программы контроллера

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория
Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:


Как видно, расстояние до отражателя – 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера – 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз – 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять – на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов – у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность – довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Теги: Добавить метки

Дальномер лазерный: изготовление своими руками

Этот прибор, который до сих пор считается уникальным, смог найти применение практически во всех сферах человеческой жизни. Сегодня лазерный дальномер можно увидеть в руках геологов и геодезистов. Иными словами, в тех областях человеческой деятельности, где необходимо замерить расстояние с особой точностью. Поэтому высокую популярность завоевали лазерные рулетки, отличающиеся высокой точностью, повышенной надежностью и вполне доступной ценой. Вполне естественно звучит вопрос, можно ли сделать дальномер лазерный своими руками.

К группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся: лазерный дальномер, ультразвуковой дальномер.

Измерения лазерным дальномером делаются на основе световых потоков, носителем сигнала является электромагнитное излучение, окрашенное в соответствующий оттенок. В большинстве случаев за основу берется красный свет.

Согласно законам физики, скорость света намного превышает скорость звука, поэтому и время измерения одинакового расстояния будет отличаться.

Основные причины для монтажа лазерного дальномера

Схема работы лазерного дальномера.

Пользоваться механической рулеткой не всегда удобно. Порой она не дает положительного эффекта. В последние 10 лет все большее предпочтение отдается электронным дальномерам. К этой группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся:

  • лазерный дальномер;
  • ультразвуковой дальномер.

Все эти приборы функционируют по принципу бесконтактного метода. Такой дальномер своими руками сегодня создают отечественные мастера. Приборы работают не хуже тех, которые были выпущены в заводских условиях.

Лазерный дальномер, сделанный своими руками, состоит из нескольких частей:

  • плата;
  • микроконтроллер;
  • усилитель лазерного сигнала;
  • лазер;
  • фотоприемник;
  • фильтр.

В основном излучение лазера возникает при помощи синусоидального сигнала.

Довольно сложно получить такой сигнал, имеющий частоту 10 МГц. Простой контроллер здесь не подходит. Для этого лучше использовать меандр, у которого имеется нужная частота. Когда усиливается сигнал, приходящий из фотоприемника, удаляются ненужные гармоники специальным полосовым фильтром, который функционирует на частоте 10 МГц. На выходе появляется сигнал, сильно напоминающий синусоидальный.

Вернуться к оглавлению

Сборка: практические рекомендации

Структурная схема импульсного лазерного дальномера.

Чтобы изготовить дальномер своими руками можно за основу взять схему лазерной связи. В данном случае передача данных происходит очень быстро, скорость равна 10 Мбит. Такая величина соответствует имеющейся частоте модуляции.

Для такого лазерного устройства берется самый простой усилитель мощности. Он состоит из одной микросхемы 74HC04, которая собрана из шести инверторов. Подача тока ограничивается специальными резисторами. Однако умельцы могут заменить резисторы более надежными деталями.

Пусконаладочная плата становится источником 5-вольтового напряжения. Таким образом усилитель получает питание. Чтобы убрать наводки сигнала на другую часть электрической схемы, усилительный корпус делается стальным, каждый провод экранируется.

В качестве лазера выступает привод, установленный в DVD-приставках. Такое устройство имеет вполне достаточную мощность для функционирования на частоте, достигающей 10 МГц.

В состав приемника входит:

  • фотодиод;
  • усилитель.

В состав усилителя входит полевой транзистор, специальная микросхема. Когда увеличивается расстояние, происходит падение освещенности фотодиода. Поэтому необходимо иметь мощное усиление. Собираемая схема позволяет достичь 4000 единиц.

Когда увеличивается частота, начинают уменьшаться сигналы фотодиода. Усилитель подобной конструкции является главной и сильно уязвимой частью. Его настройка требует очень высокой точности. Желательно отрегулировать коэффициент усиления таким образом, чтобы получать максимальные значения. Самым простым способом будет подача на транзистор 3 В. Можно установить обыкновенную батарейку.

Чтобы приемник начал работать, необходимо подать 12 В. Для этого устанавливается специальный блок питания.

У такого усилителя высокая чувствительность к любым наводкам, поэтому его нужно обязательно экранировать. Можно для этого воспользоваться корпусом оптического датчика. Экранирование фотодиода можно сделать из обычной фольги.

Описанная выше система позволит создать самодельный лазерный дальномер в бытовых условиях.

Схема лазерного дальномера своими руками

Существует множество способов измерения расстояний – шагами, линейкой, рулеткой и пр. ХХ век добавил в средства измерений такой прибор, как лазерный дальномер. Его широко применяют военные, геодезисты для съемки местности. Лазерный дальномер был использован для замера расстояния до земного спутника – Луны.

В наши дни дальномеры, уровни, использующие лазер в своей работе, можно встретить у любой строительной бригады, занимающейся возведением зданий, и внутренней отделкой внутренней.

Принцип работы

Лазерные измерительные приборы используют в своей работе два принципа – импульсный и фазовый.

Первый дальномер состоит из двух компонент – лазера и детектора. Замерив время, которое лазерный луч затратить на движение по пути от источника до отражающего объекта, можно вычислить точное расстояние между ними. Эти устройства применяют для работы на больших расстояниях. Технология работы заключается в следующем, лазер генерирует мощный импульс и отключается. Такое свойство позволяет его скрытно использовать. Это свойство и является решающим фактором, определяющим использования этого прибора военными.

Второй тип, фазовый, работает по следующему принципу. Лазер на некоторое время включает и направляет луч на удаленный объект, у него (луча) разная моделированная частота и по изменению фазы рассчитывают расстояние до объекта. Фазовые измерительные расстояния не имеют приборов для замера отражаемого сигнала. Эти приборы эффективны на расстояниях до 1 километра и поэтому их применяют для бытовых нужд или в качестве прицельных устройств для стрелкового оружия.

Схема действия лазерного дальномера

Лазерный дальномер, применяемый в быту и на строительстве, по сути, является смесью калькулятора и рулетки. Между тем такой прибор обладает рядом неоспоримых достоинств:

  1. это устройство предоставляет возможность выполнения измерения линейных размеров (длина, высота, ширина), при этом встроенный калькулятор автоматически рассчитает периметр. Кроме того, счетное устройство поможет определить объем помещения;
  2. дальномер оснащен возможностью хранения полученных данных во внутренней памяти. Их можно использовать для проведения расчетов;
  1. прибор позволяет измерять расстояние на удаленных расстояниях при чьей-либо помощи, кстати, замеры можно выполнять и на закрытых и на открытых площадках, в разных погодных условиях.

Особенности

При работе с лазерным дальномером целесообразно учитывать некоторые особенности работы с этим устройством.

Дальномеры имеют возможность выполнять измерения на разных расстояниях и с определенной погрешностью. Так, предельное расстояние может лежать в диапазоне от 60 до 200 метров, при погрешности в 5 см. Эти данные указываются в паспорте на изделие. Большая часть моделей дальномеров работает в пределах от – 10 до + 50 градусов.

При эксплуатации прибора на улице, необходимо помнить о том, что не последнюю роль играют погодные условия. Эффективность работы может быть снижена как в плохую, так и в солнечную погоду.

При выполнении замеров необходимо устранить препятствия, которые могут возникнуть между прибором и объектом, это, может быть, листва, стекло и пр.

Практика использования лазерных приборов измерения привела к появлению определенных правил работы. Например, результат измерений будет искажен, если луч будет направлен на поверхность с высокой отражающей поверхностью (зеркало, фольга). Результат будет не совсем верный, если луч будет направлен на объект с низкой отражательной способностью (толь).

Для получения предельно точных результатов используют специальное приспособление ,обладающее отражательной поверхностью.

Во время эксплуатации необходимо постоянно следить за состоянием аккумуляторов или батареек. Слабые источники тока также отрицательно влияют результаты измерений.

При проведении измерений целесообразно использовать штатив. В таком случае точность замера будет повышена.

Порядок работы с лазерной рулеткой

Использование лазерного дальномера на практике это довольно простая задача. Для выполнения измерения достаточно установить его в исходную точку, направить на объект, до которого необходимо выполнить замер и активировать прибор. При этом надо помнить то, что для повышения точности целесообразно использовать штатив, особенно это актуально при измерении больших величин.

Порядок работы с лазерной рулеткой

То есть, проводить выполнения замеров, может, даже один человек без привлечения, помощников.

Правила пользования

При работе с такими устройствами необходимо соблюдать определенные правила. Так, категорически недопустимо направлять лазерный луч в сторону человека. Его попадание в глаза может привести к непоправимым последствиям, вплоть до потери зрения.

Проведение измерений при ярком солнце может быть затруднено из-за сложностей с видимостью лазерного маркера. В таком случае необходимо использовать специальные очки, через которые сразу будет его видно.

Лазерная съемка на местности

Во время выполнения измерения на улице, особенно на большие расстояния, необходимо применять пластину, которую называют визир.

Устройство компактного лазерного строительного дальномера

Несмотря на внешнюю простоту, лазерная линейка – это сложный инженерный прибор. Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

Схема работы лазерного дальномера

  1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
  2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
  3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
  4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
  5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
  6. Уровень, с помощью которого прибор можно строго выставить в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Дополнительные функции

Применяемая в составе лазерных дальномеров микроэлектроника позволяет не только выполнять прямые замеры. Многие устройства подобного типа обладают некоторыми дополнительными функции, к которым можно отнести:

  1. Функция непрерывного измерения. При работе в обычном режиме дальномер при нажатии кнопки на пульте фиксирует результат и выводит его на монитор. Но, довольно часто, возникает необходимость в проведении постоянного измерения расстояния, например, от стены до будущей перегородки. Для этого прибор переводят в режим непрерывного измерения. В таком режиме работы, устройство с некоторой частотой самостоятельно выполняет замер и показывает их результаты на монитор. Измерение проходит в реальном режиме времени.

  1. Определение наибольшего и наименьшего расстояния. Эта функция полезна при определении диагонали в комнате. Дело в том, что выполнить ее замер не так и просто при направлении лазерного луча можно промахнуться и в результате будут получены неточные результаты. После установки на приборе минимального расстояния, он будет фиксировать только те замеры, которые больше установленной.

Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

Все дальномеры, можно условно разделить на две большие группы. Одни применяют для внутренних работы, другие для внешних. Диапазон измерений, дальномеров, которые предназначены для внутренних измерений как правило, не превышает 100 метров.

Лазерный дальномер для работы в помещениях

Для таких работ могут быть использованы дальномеры, которые используют оба принципа действия.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Лазерные дальномеры, которые применяют для работы на улице, позволяют показать результат при работе на 300 и более метров.

Лазерные дальномеры для работы на местности

Они оснащаются необходимыми приспособлениями, позволяющими выполнять измерения на таком расстоянии.

На что смотреть при выборе лазерного дальномера

На рынке представлено множество моделей лазерных дальномеров и зачастую потребитель может просто запутаться в обилии предложении. Поэтому потребитель, делая выбор лазерного дальномера, может руководствоваться определенными критериями, среди которых есть такие:

  1. Для работ внутри помещения достаточно прибора, который может выполнять замеры углов, и иметь функции, например, расчет периметра. Рулетки этого класса имеют небольшой диапазон измерений примерно в пределах 100 метров.
  2. Для работ на открытых пространствах применяют более дорогие модели. Они оснащены большим набором функций, в частности, может выполнять замер минимального и максимального измерения. Кроме того, их оснащают визирами, средствами подключения к компьютеру.

  1. Для работ на улице должны использоваться приборы, выполненные в защищенных корпусах и иметь кейсы, предназначенные для транспортировки.
  2. Разумеется, не последнюю роль играет стоимость изделия. Так, устройства, предназначенные для работы внутри помещений, стоит несколько дешевле, чем те, которые предназначены для работ на открытых пространствах.

  1. Конечно, нельзя обойти вопрос, а какая компания произвела продукцию. Стабильным спросом пользуются приборы, произведенные в компании Makita, Bosch, Hilti и некоторых других. Кстати, при покупке такого прибора, целесообразно уточнить наличие документов, подтверждающих качество и безопасность этих устройств. Дело в том, что популярность таких приборов, привела к тому, что на рынке существует большое количество приборов низкого качества изготовления.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Решил провести несколько экспериментов с ультразвуковым дальномером DYP-MY007.

Этот (и подобные) дальномеры очень распространены, торгуют ими все кому не лень. Обычно их позиционируют как «шилд» для Arduino. Я покупал здесь.

Характеристики устройства:

Напряжение питания: 5В
Потребляемый ток: до 15 мА
Диапазон измеряемых расстояний: 2 – 500 см
Угол обзора: 15 градусов.

Интерфейс

Интерфейс устройства предельно прост. Все управление происходит через 2 пина – «Trigger» и «Echo».

Для начала измерения, нужно подать на вход «Trigger» сигнал высокого уровня (мин. длительность 10 мкс). После этого дальномер излучает пачку УЗ импульсов и ловит отраженный сигнал. Дальномер формирует на выходе «Echo» импульс высокого уровня, причем длительность этого импульса пропорциональна измеренному расстоянию.

Если быть точным то:

Все просто, нам достаточно запустить измерение (подав имульс высокого уровня на «Trigger») и замерить длительность импульса высокого уровня на выводе «Echo».

Есть пара нюансов: после запуска измерения, импульс на выводе «Echo» может не появится вообще, либо данный вывод переходит в высокий вровень и не возвращается обратно до начала следящего измерения. Это происходит в тех случаях, когда приемник УЗ дальномера не получил отраженного УЗ импульса. В принципе, это все не критично и запросто решается программно.

Особо останавливаться на программе управления не вижу смысла, все предельно просто. К посту прикреплен пример программы для STM32F100 (запускающий импульс формируется на PWM1 таймера TIM2 (нога PA0 ), импульс «Echo» ловится как внешнее прерывание на ноге PB7).

По результатам первых тестов могу резюмировать следующее:
— чувствительность устройства на расстоянии до 2 метров сотавляет порядка 1 см.
— дальномер уверенно работает на расстоянии до 3 – 3,5 метров, дальше отраженный сигнал начинает теряться. Добиться заявленных 5 метров в реальных условиях тяжело.

ИМХО, дальномер достаточно неплох, как за свои деньги (порядка $8).

Но это все не интересно, я хотел попробовать использовать данный девайс для сканирования пространства и обнаружения препятствий. Для этого дальномер был установлен на серву, которая обеспечивает «горизонтальную развертку».

Получилось как-то так.

Сей девайс сканирует сектор (чуть больше 90 градусов), результаты измерений передаются на ПК, где программа визуализирует «картинку».

Теперь результаты экспериментов.

1. Отсутствие препятствий

Сектор получился не «идеальным» из-за того, что справа от стола находится стена. На фото ее не видно, но она есть, и дальномер ее «видит». Также набольшей мой косяк – сектор, который сканирует дальномер, направлен не четко вдоль стола, а повернут вправо (это заметно на следующий картинках – препятствие стоит справа от центра стола, а дальномер видит его посередине сектора).

Видно, чнто на расстоянии около 50 см дальномер четко «видит» препятствие («провал» в середине сектора).

3. «Много препятствий»

Опять же, дальномер неплохо справился, на визуализации четко видны 2 провала, которые соответствуют двум «препятствиям».

А теперь о плохом. Устанавливаем препятствие на расстоянии около метра от датчика.

Получается фигня, наше препятствие (небольшой цилиндр, сантиметра 2 в диаметре) заслонил собой стену и перекрыл «обзор» в секторе около 40 градусов.

Другие эксперименты подтверждают результаты предыдущих: на расстоянии до 60 см дальномер различит «препятствия» и «свободные промежутки», начиная с метра – все сливается.

Мораль: как измеритель расстояний девайс вполне годный, но для «сканирования пространства» (например, для навигации робота) не годится, нужно искать что-то с меньшим углом рассеивания луча/углом чувствительности приемника.

Ультразвуковой дальномер с дисплеем на базе платформы Arduino.

  • Используется дисплей на драйвере TM74HC59, что позволяет выводить расстояние с десятичной точкой
  • Для определения расстояния используется дешёвый модуль ультразвукового дальномера
  • Показания с дальномера фильтруются двумя фильтрами, благодаря чему достигнута точность

1 мм

  • Отдельный переключатель позволяет сдвигать начало отсчёта на противоположный конец корпуса
  • Работает от 3х батареек формата АА
  • Самодельный сканирующий лазерный дальномер


    Зачем нужно расстояние сканирования?

    На сегодняшний день в робототехнике существует не так много методов внутренней навигации. Одним из них является определение положения робота в пространстве с помощью лазерного сканера. Важным преимуществом этого метода является то, что он не требует установки каких-либо маяков в помещении.В отличие от систем, использующих распознавание изображений с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть недостаток – сложность, а соответственно и цена дальномера.
    Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие принцип фазы или времени пролета для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя характеристики приличные – используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большого расстояния измерения дальности.
    А вот для домашних экспериментов по робототехнике такие сканеры мало подходят – цена на них начинается от 1000 долларов.
    На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:


    Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и стали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольшом количестве примерно по 100 долларов.Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся в виде комплектного прибора, а не запчасти. Только цена на эти дальномеры была довольно высока – 400$.


    Самодельный дальномер

    Как только я узнал про дальномеры Neato, захотелось собрать себе такой же. В итоге у меня получилось, и я описал процесс сборки на Робофоруме.
    Первая версия дальномера:

    Позже я сделал другую версию дальномера, более подходящую для использования на реальном роботе, но качество ее работы меня не полностью устраивало.Настало время третьей версии дальномера, и о ней будет рассказано позже.


    Прибор для сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

    Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, падающим на объект, и линзой дальномера. Зная расстояние лазер-линза (h) и измеренный угол, можно рассчитать расстояние до объекта – чем меньше угол, тем больше расстояние.
    Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:


    Таким образом, ключевыми оптическими компонентами такого дальномера являются лазер, объектив и фотоприемная планка.
    Поскольку дальномер сканирующий, то все эти детали, а также управляющая электроника смонтированы на вращающейся головке.
    Может возникнуть вопрос – зачем поворачивать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базовое расстояние), поэтому оно должно быть довольно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром больше базового расстояния.Дальномер с таким зеркалом довольно громоздкий.
    Сканирующая головка дальномера с помощью подшипника закреплена на неподвижном основании. Также фиксирует двигатель, вращая головку. Также в состав дальномера следует включить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головы.
    Как видите, по этой схеме сделаны дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самоделки.

    Самое сложное в самодельном дальномере – изготовление механической части.Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не должна каким-либо образом передавать электрические сигналы.
    Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил за счет использования частей старого HDD – сам диск использовался как основа сканирующей головки, а двигатель на котором он был закреплен уже содержал качественные подшипники.В то же время возникла третья проблема — электрические провода можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 строчки, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция была шумной и ненадежной. В данном случае возникла другая проблема – не было линии для проброса сигнала энкодера, и датчик энкодера в данной конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками на неподвижном основании. Диск энкодера не был жестким, и это часто вызывало проблемы.
    Фото второй версии дальномера:


    Еще одним минусом получившегося дальномера является низкая скорость сканирования и резкое падение точности на дистанциях более 3м.
    Эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.


    Электроника

    В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента – светочувствительную линейку и микроконтроллер.Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все гораздо сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в таком дальномере, должна одновременно обладать достаточно высокой светочувствительностью, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь небольшие размеры. Различные линейки ПЗС, используемые в домашних сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрих-кода, тоже не самые короткие и быстрые.
    В первой и второй версии дальномера я использовал линейку TSL1401 и ее аналог iC-LF1401.Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояний до 3 метров этого недостаточно, и спасает только возможность анализа субизображения.
    В третьем варианте дальномера я решил использовать линейку ЭЛИС-1024:


    Однако купить ее было непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
    Первая линия, которую мне удалось купить на Таобао, оказалась нерабочей. Второй купил на Алиэкспресс (за 18$), он оказался рабочим.Обе линейки выглядели припаянными – обе имели заглаженные контакты и, судя по маркировке, 2007 года выпуска. И даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, действительно новую линейку ЭЛИС-1024 можно купить только напрямую у производителя.
    Светочувствительная линейка ЭЛИС-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Он имеет аналоговый выход и достаточно просто управляется.
    Линейка ДЛИС-2К имеет еще лучшие характеристики. При аналогичных размерах он содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход.Насколько мне известно, он используется в дальномере Neato, а возможно и в RPLIDAR. Однако найти его в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах он появляется не часто и стоит дорого – более 50 долларов.

    Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые при относительно небольшой стоимости имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
    В итоге у меня получилась следующая схема: Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и его приходится отфильтровывать с помощью разделительного конденсатора. Далее сигнал необходимо усилить – для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают довольно слабый сигнал, поэтому пришлось установить усиление на 100.

    Как выяснилось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала на выходе выбранного ОУ, для почему-то там всегда напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Чтобы избавиться от этого смещения, пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

    Сделал двухстороннюю доску, в домашних условиях сделать такую ​​доску довольно сложно, поэтому заказал производство плат в Китае (пришлось заказывать сразу 10 штук):


    В этом дальномере я использовал дешевую линзу с резьбой М12 с фокусным расстоянием 16мм.Объектив крепится на печатной плате с помощью готового объективодержателя (такие используются в различных фотоаппаратах).
    Лазер в данном дальномере представляет собой инфракрасный (780 нм) лазерный модуль мощностью 3,5 мВт.
    Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже выяснилось, что пользоваться используемой линейкой нет смысла, и поэтому лазер теперь включен постоянно.
    Для проверки работоспособности электроники была собрана такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:


    Уже в таком виде можно было проверить точность измерения дальности, которую может обеспечить дальномер.
    Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
    Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).


    Изначально схема была не совсем такой, как выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделывать первоначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось устанавливать навесным способом.


    Механическая часть

    После того, как электроника была отлажена, пришло время сделать механическую часть.
    В этот раз я не стал заморачиваться с механикой HDD, а решил сделать механические части из жидкого пластика, залитого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе на Giktatimes.
    Уже после того, как я сделал детали, стало понятно, что детали на 3D-принтере делать будет проще, они могут выйти тяжелее, и, возможно, получится сделать одну деталь вместо двух. У меня нет доступа к 3D-принтеру, поэтому пришлось бы заказывать изготовление деталей в любой компании.
    Фото одной из частей сканирующей головки дальномера:


    Эта деталь является основой головки. Он состоит из втулки, на которую потом одевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй части башни, кроме того, к нему снизу приклеен диск энкодера.
    Втулка и диск имеют сквозное отверстие, в которое вставляется щеточный узел на 6 рядов – видно на фото. Именно провода, которые видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла.Для повышения стабильности работы используются 2 пары щеточных линий для передачи сигналов GND и UART TX. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

    Силиконовая форма для отливки этой детали:


    Вторую часть сканирующей головки изготовили аналогично. Он предназначен для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, поэтому ее можно увидеть только в составе дальномера.

    Шариковый подшипник используется для крепления сканирующей головки к основанию дальномера. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось – ось его внутренней втулки могла отклоняться относительно внешней оси на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Установите подшипник на часть с диском, и основание будет показано ниже.

    Основание I из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепятся подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и небольшая печатная плата.Само основание монтируется на любую подходящую поверхность с помощью стоек.
    Вот нижняя часть базы дальномера: печатная плата содержит регулируемый линейный регулятор напряжения для питания двигателя и площадки для подключения проводов щеточного узла. Это также приносит мощность дальномера. Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку с помощью ремня. Для того, чтобы он не спадал с гильзы, в ней есть специальное углубление.

    Как видно на фото, подшипник крепится к основанию тремя винтами.На сканирующей головке подшипник удерживается выступом на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживая щеточный узел.

    Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающим на отражение. Оптрон фиксируется с помощью подставки на основании так, чтобы плоскость диска находилась рядом с ним:


    Сигнал с оптрона через щетку передается на вход компаратора микроконтроллера.В качестве источника опорного напряжения для компаратора используется ЦАП микроконтроллера.
    Для того, чтобы дальномер определял положение нулевого угла, на диске энкодера нанесена длинная рискка, которая отмечает нулевое положение головки (она видна справа на фото вверху).

    Вот собранный дальномер: Вид сверху: разъем сзади дальномера служит для прошивки микроконтроллера. Для балансировки сканирующей головки на ее передней части установлена ​​большая гайка — она практически полностью исключает вибрацию при вращении головки.

    Собранный дальномер необходимо устюстировать – установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на линию фотоприемника. Обе пластмассовые детали имеют коаксиальные отверстия, расположенные под лазерной канавкой. В отверстия вкручиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, вы можете изменить наклон лазера.
    Наблюдая за формой и амплитудой принимаемого сигнала в компьютерной программе и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
    Также триангуляционные дальномеры требуют калибровки, как я уже писал ранее :


    Для того, чтобы использовать датчик для измерения расстояния, необходимо его откалибровать, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и фактическое расстояние . Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до объекта и соответствующие результаты.

    В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполнялся регрессионный анализ и составлялось математическое выражение.

    Получившийся дальномер имеет существенный недостаток – из-за отсутствия модуляции лазерного излучения некорректно работает при любом сильном освещении. Обычное освещение помещения (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но расстояние до поверхностей, непосредственно освещенных Солнцем, дальномер измеряет некорректно. Для решения этой проблемы в состав дальномера необходимо включить интерференционный фильтр, пропускающий свет только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

    Эволюция самодельных дальномеров:


    Габаритные размеры получившегося дальномера:
    Размер основания: 88х110 мм.
    Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
    Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как мини-CD диск).

    Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния у этого дальномера резко падает с увеличением расстояния.
    При измерении расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7, у меня было примерно следующие характеристики точности:


    Scatter
    1M <1 см
    2 м 2 см
    5 м 7 см

    Стоимость производственного диапазона Finder:


    DIY, $ opt., $
    Base
    Базовая тарелка 1 .00 0.50 0.50
    Engine 0,00 1.00 1.00 Щетка Knot 7.50 5.00
    Крепеж 0.00 2.00
    сканирование
    STM32F303CBT6 контроллер 5.00 4,00
    Photo-приемник правитель 18.00 12.00 12.00
    Остальная часть электроники 4.00 3.00
    1.50 0.50
    объектив
    2.00 1.50
    Держатель объектива 1.00 0.50 0.50
    Лазер 1.00 0,80152
    Пластиковые детали 3.00 2.00
    Крепеж 0.00 1.00 1,00
    сборки 0.00 20.00
    Всего: 45.50 54.80

    в первом столбце – насколько стоимость второе – сколько это может стоить в промышленном производстве (оценка очень приблизительная).


    Программное обеспечение для дальномера

    Перед написанием программы необходимо рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать линейка фотоприемников.
    В старых версиях дальномера частота развертки ограничивалась 3Гц, в новом дальномере решил сделать повыше – 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений за один оборот, так что при указанной скорости он должен иметь возможность производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов – экспозиции (накопления света линейкой) и считывания данных с линейки.Чем быстрее считывается сигнал, тем больше может быть время экспозиции, а значит, больше амплитуда сигнала. При тактовой частоте 8 МГц время чтения 1024 пикселей составит 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

    При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 72 МГц максимальная частота дискретизации АЦП составляет 6 MSPS (при разрядности 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера на тактовой частоте 8МГц, то решил использовать режим работы АЦП, при котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode – Interleaved mode).В этом режиме по сигналу от внешнего источника запускается АЦП1, а затем, через настраиваемое время, АЦП2:


    Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше триггерной частота (в данном случае это сигнал с таймера TIM1).
    При этом TIM1 также должен генерировать тактовый сигнал для линии фотоприемника, синхронный с отсчетами АЦП.
    Для того, чтобы получить два сигнала от одного таймера с частотами, отличающимися в два раза, можно один из каналов таймера перевести в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный сигнал ШИМ.

    Блок-схема программы дальномера:

    Ключевой частью программы является сбор данных с линейки и управление ими. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

    Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, подключенного к энкодеру. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение.По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, что он формирует прерывания при повороте головы на 1 градус. Эти прерывания используются для запуска экспозиции линейки.

    После того, как DMA передаст в память контроллера все 1024 значения, захваченные АЦП, программа начинает анализировать эти данные: сначала ищется максимальное положение сигнала до пикселя, затем, используя центр алгоритм гравитационного поиска с более высокой точностью (0.1 пиксель). Полученное значение сохраняется в массиве результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля, этот массив передается в модуль UART по другому каналу DMA.


    Использование дальномера

    Качество этого дальномера, как и предыдущих, проверено с помощью самописной программы. Ниже приведен пример изображения, сгенерированного этой программой в результате работы дальномера:

    Однако дальномер создан не для того, чтобы просто лежать на столе – он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера вторая версия: Компьютер Orange Pi PC предназначен для управления роботом и связи с ним.Как оказалось, из-за большого падения напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера для работы дальномера со скоростью 6 оборотов в секунду требуется напряжение питания 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

    Использую ROS для управления роботом и анализа данных с дальномера.
    Данные с дальномера обрабатываются специальным драйвером РОС (на основе драйвера дальномера Neato), который получает данные от дальномера по UART, пересчитывает их в расстояния до объектов (по калибровочным данным) и публикует в стандартном РОС формат.
    Вот информация, полученная в rviz (программа визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

    Длина стороны ячейки 1 метр.

    После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать с помощью готовых пакетов программ. Чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
    Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, т.к. дальномер “видит” мебель, а не стены, и показаны не все комнаты):

    РОС позволяет объединить несколько программ (“узлов” в терминологии ROS), работающие на разных компьютерах в единую систему.Благодаря этому на Orange Pi можно запускать только ROS-драйвера Roomba и дальномера, а анализировать данные и управлять роботом с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает на Orange Pi, приемлемо нагружая процессор, поэтому организовать полностью автономную работу робота вполне реально.

    Система SLAM, благодаря данным с дальномера, позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о местоположении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую «отправлять» робота в заданную точку на карте.В ROS есть программный пакет для этой задачи, но, к сожалению, мне не удалось заставить его работать должным образом.

    Видео дальномер:


    Исходный код программы контроллера

    PS У меня также есть проект прославшего лидара.

    Лазерный дальномер | Хакадей

    Те, кто используется родом из Великобритании, могут быть хорошо знакомы с истребителем Tornado Королевских ВВС, который был разработан для участия в теоретической ядерной войне и служил стране более 40 лет.Эта летающая смертельная ловушка (слова настоящего летчика-истребителя Королевских ВВС, которого этот писец встретил несколько лет назад) была чрезвычайно сложной машиной с самыми современными технологиями для своего времени, но, по-видимому, имела привычку взрываться. иногда загорается в воздухе!

    Как бы то ни было, последний флот уже давно выведен из эксплуатации, и некоторые технологии внутри него начинают просачиваться в общественное достояние, поскольку некоторые части можно купить на eBay во всех местах. [Майк] из mikeselectricstuff копался внутри лазерной головной части «Торнадо», которая была частью ракетной подсистемы бомбардировщика с лазерным наведением, и боже, какое это путешествие с механикой и электроникой!

    Импульсный YAG-лазер с оптической накачкой

    Этот блок в значительной степени тупой, со всеми умными вещами, происходящими глубоко в отсеке авионики, но все еще демонстрируется множество старых высокотехнологичных технологий.Используя лазер на иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ) с накачкой ксеноновой трубкой, работающий в импульсном режиме, задача устройства состоит в том, чтобы освещать наземную цель ИК-пятном, на которое впоследствии будут наведены ракеты.

    Разработанный для слежения за землей, когда дрон движется на скорости, лазерная головка имеет три степени момента, которые, вероятно, синхронизированы с движением дрона, чтобы луч оставался устойчивым. Оптический пакет весьма интересен: ксеноновая трубка и стержень YAG плавают в ванне с жидкостным охлаждением внутри металлического корпуса.Луч отражается внутри корпуса с помощью множества призм и стробируется с помощью переключателя добротности, который позволяет наращивать интенсивность луча, прежде чем он попадет в цель. Также следует отметить самый большой фотодиод, который мы когда-либо видели — чуть больше дюйма в диаметре, разделенный на четыре квадранта, что позволяет датчику определять изменения направления в отраженном ИК-пятне и отслеживать его ошибку. Отдельный фотодиодный приемник входит в состав времяпролетного оптического дальномера, что также является важной информацией при наведении на цель.

    Есть много необычных 3-фазных двигателей позиционирования, датчиков положения и гироскопов скорости, и все это прекрасно изготовлено и подключено по военному стандарту. Это определенно открывает глаза на то, что действительно было возможно в годы холодной войны, даже если такая технология никогда не применялась в гражданских целях.

    Мы уже видели кое-что о «Торнадо», например, этот сложнейший авиагоризонт, а вот внутренности старого самолета QAR (устройство записи быстрого доступа)

    Продолжить чтение «Красивая инженерия в этом лазерном устройстве от реактивного истребителя Tornado» →

    Создание дешевого лазерного дальномера для Arduino

    Нужен быстрый и дешевый модуль лазерного дальномера для вашего проекта Arduino?

    Конечно, для этой задачи можно использовать специализированные модули, но большинство из них имеют большую цену.Модули VL53L0X/VL53L1X дешевы, но имеют очень большое поле зрения.

    Вот я и нашел решение: использовать дешевую лазерную рулетку “Х-40” в качестве лазерного дальномера. Эти устройства стоят 20 долларов и меньше, и они могут измерять расстояние до 40 м с точностью ~ 3 мм. Но есть две проблемы – нет возможности снять показания с ленты и измерения медленные – менее 1Гц.

    Чтобы решить эту проблему, я сделал реверс-инжиниринг этой лазерной рулетки и написал свою собственную прошивку для MCU STM32 модуля лазерного дальномера.Для меня была важна скорость измерения, и я могу достичь ~60 Гц, но максимальная стабильная дистанция уменьшилась до ~6 м (полная максимальная дальность составляет 37 м, но я ее не тестировал).

    Точность измерения расстояния может варьироваться от 1 мм до 10 мм в зависимости от цвета цели и расстояния.

    Размеры модуля: 25x13x50 мм.

    ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ: ВЫ ПОТЕРЯЕТЕ ОРИГИНАЛЬНУЮ ПРОШИВКУ, ПОЭТОМУ УСТРОЙСТВО НЕВОЗМОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ КАК ЛАЗЕРНУЮ РУЛЕТКУ ПОСЛЕ!

    Обратите внимание, что лазерные рулетки “Х-40” могут иметь разные ревизии модуля лазерного дальномера, и моя прошивка поддерживает только некоторые из них!

    “Х-40” – это не единственное название лазерной рулетки с такими модулями – я знаю, что существует несколько разных китайских лазерных рулеток с подходящими модулями.

    Шаг 1: Разборка лазерной рулетки

    Разбираем лазерную рулетку, чтобы получить из нее модуль лазерного дальномера.

    Так выглядит лазерная рулетка до разборки

    Необходимо открутить 7 винтов с корпуса:

    Обратите внимание, что один винт находится под наклейкой

    Лазерная рулетка в разобранном виде:

    Модуль лазерного дальномера с синей маркировкой

    Внутри корпуса прибора виден небольшой модуль лазерного дальномера.Необходимо отсоединить шлейфы от модуля и вынуть модуль из корпуса:

    Обратите внимание, что модуль помечен как «701A». Моя прошивка поддерживает только версии модулей “512А” и “701А”. Несколько пользователей подтвердили, что модули “703A” тоже работают (я не проверял).

    UPD 11/2019:
    Внимание: Выяснилось, что новые лазерные рулетки “х-40” идут с модулями “М88Б”. Маркировка «88B» на печатной плате рядом с MCU. Эти модули основаны на микроконтроллере STM32F0 (он имеет корпус QFN-32). Данные модули не поддерживаются моей прошивкой!

    UPD 10/2021:
    Внимание: добавлена ​​поддержка модулей U85B : см. ссылку! Они используются в современных типах лазерных рулеток.

    Если ваш модуль поддерживается, вам необходимо отпаять силовые линии от модуля.

    Шаг 2: Программирование модуля лазерного дальномера

    Вам необходимо написать специализированную прошивку в MCU модуля, чтобы получить необходимую функциональность.

    1.Во-первых, вам нужно припаять несколько проводов для программирования микроконтроллера. Распиновка показана на картинке:

    Подсоедините контакты 7-8 разъема клавиатуры – он нужен для включения питания.

    Линии «GND» и «Vbat» должны быть подключены к источнику питания. Диапазон напряжения питания +2,7…+3,3В. При подаче питания на модуль на линии «Vdd» должно быть +3,5 В.

    Линии “GND”, “SWDIO”, “SWCLK”, “NRST” должны быть подключены к программатору ST-LINK. Строка “NRST” очень важна – оригинальная прошивка MCU заблокирована, поэтому эта строка нужна для входа MCU в режим программирования.

    У некоторых программаторов есть эта строчка, а у некоторых (дешевых) нет, но есть обходной путь этой проблемы.

    Кроме того, некоторым программаторам (например, оригинальным “ST-LINK/V2”) необходимо, чтобы линия “Vbat” была соединена с линией “VCC/TVCC” программатора.

    Пример подключения (данный программатор не имеет линии “NRST”):

    ST-Link подключен к модулю лазерного дальномера

    2. Установите на ПК «Утилиту ST-LINK». Если у вас нет опыта использования этого программного обеспечения, в Интернете есть множество учебных пособий.

    Вам необходимо настроить утилиту (Цель -> Настройки):

    Если ваш программатор имеет выход “NRST”, вы можете просто включить питание и нажать “Цель -> Подключить” в утилите.

    Если у него нет такой линии, вам необходимо сделать следующие шаги:

    • Включите питание.
    • Подключите линию «NRST» модуля к GND.
    • Нажмите “Цель -> Подключить” в утилите.
    • Быстро отсоединить линию “NRST” от GND.
    • Утилита должна показать соединение

    Должна получиться такая картинка:

    3.Флэш-память MCU заблокирована для чтения, поэтому вам необходимо отключить «Защиту от чтения». На этом этапе вы потеряете оригинальную прошивку!

    Открыть цель -> меню «Опциональные байты». Должны быть такие настройки:

    Переключите «Защиту от считывания» на «Отключено» и нажмите кнопку «Отменить выбор всего», затем нажмите кнопку «Применить». Попробуйте перезапустить модуль (отключив питание).

    Нажмите Цель -> Подключить. В окне лога должна быть информация об успешном соединении и должно быть видно содержимое памяти – заполнено 0xFF.Теперь вы можете загрузить кастомную прошивку в MCU.

    4. Необходимая прошивка находится здесь: https://github.com/iliasam/Laser_tape_reverse_engineering/tree/master/Code/Firmware_dist_calculation_fast

    Выберите подходящий HEX-файл для вашего модуля и загрузите его в MCU Flash с помощью «ST- Утилита ССЫЛКА”.

    Шаг 3: Подключение модуля лазерного дальномера к Arduino

    Вам необходимо припаять провод или какой-либо разъем к TX-площадке на плате:

    См. схему подключения ниже.

    Во-первых, нужно проверить работоспособность модуля дальномера. На этом этапе вам не нужно подключать OLED-дисплей к Arduino — просто подключите линию TX модуля лазерного дальномера к линии TX Arduino, а линии питания модуля к источнику питания +3 В.

    Создайте пустой скетч и загрузите его в Arduino. Откройте «Последовательный монитор» в Arduino IDE. Выберите скорость передачи данных: 250000

    Если модуль дальномера работает нормально, вы получите те же данные:

    РАССТ;01937;АМП;0342;ТЕМП;1223;ВОЛЬТ;115 РАССТ;01937;АМП;0343;ТЕМП;1223. ;VOLT;115 DIST;01938;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01938;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115

    На самом деле лучше использовать специализированный преобразователь USB-UART для этот тест.В его утилите выберите скорость 256000 бод (это реальная скорость микроконтроллера x-40).

    Во-вторых, необходимо собрать полную схему с дисплеем.

    Подключите линию TX модуля лазерного дальномера к линии RX Arduino (вам нужно отключить этот провод во время загрузки программы в Arduino).

    Если все работает нормально, вы получите тот же результат:

    Вы можете видеть дисплей с 3 числами:

    • “COUNT” – счетчик полученных значений
    • “AMPL” – амплитуда сигнала.Символическая полоса (“<--->“) ниже показывает амплитуду графически (в логарифмическом масштабе).
    • Самое большое значение – расстояние в метрах и миллиметрах.

    Шаг 4: Калибровка нуля

    После первого запуска модуль лазерного дальномера необходимо откалибровать.

    Вам нужно разместить какой-нибудь белый предмет на определенном расстоянии от модуля. Расстояние до этого объекта станет нулевым расстоянием для модуля дальномера. Для запуска процесса калибровки необходимо подключить клавиатуру от лазерной рулетки и нажать нижнюю кнопку.Модуль подаст два звуковых сигнала – в начале калибровки и в конце (длительность калибровки около 10 секунд).

    Теперь вы можете использовать этот модуль лазерного дальномера.

    Ссылки:

    1. Github — результаты реверс-инжиниринга и исходный код.

    2. Habr.com – переведённая Google статья о процессе реверс-инжиниринга лазерной рулетки.

    Извините за мой английский – я из неанглоязычной страны.

    Как сделать самодельный безопасный лазерный 3D дальномер

    Я пытаюсь создать простой самодельный лазерный 3D-дальномер, используя обычный линейный лазер и ИК-камеру, как описано здесь.Линейный лазер и камера определят глубину в двух измерениях. Затем я устанавливал их на сервопривод, чтобы перемещать его по углу, чтобы отслеживать третье измерение. Моя цель — использовать его на дешевом мобильном роботе для помещений для экспериментов с картированием помещений, не тратя 5000 долларов на «настоящий» лазерный 3D-дальномер.

    Помня о безопасности глаз, я пытаюсь найти подходящий линейный лазер класса 2, но это оказалось довольно сложно. Несколько линейных лазеров, которые я могу найти, например этот, дают описание (25 мВт, 810 нм, 5 В), но не предоставляют классификацию безопасности.

    Основываясь на этом описании классификации безопасности, номинальная мощность 25 мВт может означать, что это класс IIIb и, следовательно, потенциально довольно опасен:

    ЛАЗЕРЫ КЛАССА IIIb — это системы мощностью от 5 мВт до 500 мВт. (CW) и некоторые импульсные лазеры. Эти лазеры будут представлять опасность для глаз если смотреть прямо. Сюда входят зеркальные отражения. Требуются административные, инженерные и СИЗ меры контроля. (Особенно очки для защиты от лазерного излучения!)

    Эта классификация и опасность кажутся правильными?

    Поскольку мое приложение включает в себя освещение вокруг дома, я хочу убедиться, что оно никого не ослепляет.Как я могу убедиться, что это безопасно для домашнего использования?

    В идеале хотелось бы найти инфракрасный линейный лазер мощностью 2,5-5 мВт, но похоже никто ничего подобного не продает. Большинство, кажется, 25 мВт или сильнее. Могу ли я контролировать рабочий цикл более мощного лазера на 5 В, подключив его провод +5 В к контакту Arduino и сгенерировав выходную мощность ШИМ 10%, чтобы дать лазеру мощностью 25 мВт эффективную выходную мощность 2,5 мВт?

    Кроме того, какая минимальная мощность мне потребуется для создания эффектного лазерного дальномера? Даже если я найду линейный лазер мощностью 5 мВт, будет ли его яркость достаточной для обнаружения на расстоянии пары метров?

    Создание дешевого лазерного дальномера для Arduino

    Нужен быстрый и дешевый модуль лазерного дальномера для вашего проекта Arduino?

    Конечно, для этой задачи можно использовать специализированные модули, но большинство из них имеют большую цену.Модули VL53L0X/VL53L1X дешевы, но имеют очень большое поле зрения.

    Вот я и нашел решение: использовать дешевую лазерную рулетку “Х-40” в качестве лазерного дальномера. Эти устройства стоят 20 долларов и меньше, и они могут измерять расстояние до 40 м с точностью ~ 3 мм. Но есть две проблемы – нет возможности снять показания с ленты и измерения медленные – менее 1Гц.

    Чтобы решить эту проблему, я сделал реверс-инжиниринг этой лазерной рулетки и написал свою собственную прошивку для MCU STM32 модуля лазерного дальномера.Для меня была важна скорость измерения, и я могу достичь ~60 Гц, но максимальная стабильная дистанция уменьшилась до ~6 м (полная максимальная дальность составляет 37 м, но я ее не тестировал).

    Точность измерения расстояния может варьироваться от 1 мм до 10 мм в зависимости от цвета цели и расстояния.

    Размеры модуля: 25x13x50 мм.

    ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ: ВЫ ПОТЕРЯЕТЕ ОРИГИНАЛЬНУЮ ПРОШИВКУ, ПОЭТОМУ УСТРОЙСТВО НЕВОЗМОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ КАК ЛАЗЕРНУЮ РУЛЕТКУ ПОСЛЕ!

    Обратите внимание, что лазерные рулетки “Х-40” могут иметь разные ревизии модуля лазерного дальномера, и моя прошивка поддерживает только некоторые из них!

    “Х-40” – это не единственное название лазерной рулетки с такими модулями – я знаю, что существует несколько разных китайских лазерных рулеток с подходящими модулями.

    Шаг 1: Разборка лазерной рулетки

    Разбираем лазерную рулетку, чтобы получить из нее модуль лазерного дальномера.

    Необходимо открутить 7 винтов с корпуса:

    Лазерная рулетка в разобранном виде:

    Внутри корпуса прибора виден небольшой модуль лазерного дальномера. Необходимо отсоединить ленточные кабели от модуля и вынуть модуль из корпуса:

    Обратите внимание, что модуль имеет маркировку «701A». Моя прошивка поддерживает только версии модулей “512А” и “701А”.Несколько пользователей подтвердили, что модули “703A” тоже работают (я не проверял).

    UPD 11/2019:
    Внимание: Выяснилось, что новые лазерные рулетки “х-40” идут с модулями “М88Б”. Маркировка «88B» на печатной плате рядом с MCU. Эти модули основаны на микроконтроллере STM32F0 (он имеет корпус QFN-32). Данные модули не поддерживаются моей прошивкой!

    UPD 10/2021:
    Внимание: добавлена ​​поддержка модулей U85B : см. ссылку! Они используются в современных типах лазерных рулеток.

    Если ваш модуль поддерживается, вам необходимо отпаять силовые линии от модуля.

    Шаг 2: Программирование модуля лазерного дальномера

    Вам необходимо написать специализированную прошивку в MCU модуля, чтобы получить необходимую функциональность.

    1. Сначала вам нужно припаять несколько проводов для программирования микроконтроллера. Распиновка показана на рисунке:

    Соедините контакты 7-8 разъема клавиатуры – он нужен для включения питания.

    Линии «GND» и «Vbat» должны быть подключены к источнику питания.Диапазон напряжения питания +2,7…+3,3В. При подаче питания на модуль на линии «Vdd» должно быть +3,5 В.

    Линии “GND”, “SWDIO”, “SWCLK”, “NRST” должны быть подключены к программатору ST-LINK. Строка “NRST” очень важна – оригинальная прошивка MCU заблокирована, поэтому эта строка нужна для входа MCU в режим программирования.

    У некоторых программаторов есть эта строчка, а у некоторых (дешевых) нет, но есть обходной путь этой проблемы.

    Кроме того, некоторым программаторам (например, оригинальным “ST-LINK/V2”) необходимо, чтобы линия “Vbat” была соединена с линией “VCC/TVCC” программатора.

    Пример подключения (у данного программатора нет строки “NRST”):

    2. Установить на ПК “ST-LINK утилиту”. Если у вас нет опыта использования этого программного обеспечения, в Интернете есть множество учебных пособий.

    Вам необходимо настроить утилиту (Цель -> Настройки):

    Если ваш программатор имеет выход “NRST”, вы можете просто включить питание и нажать “Цель -> Подключить” в утилите.

    Если у него нет такой линии, вам необходимо сделать следующие шаги:

    • Включите питание.
    • Подключите линию «NRST» модуля к GND.
    • Нажмите “Цель -> Подключить” в утилите.
    • Быстро отсоединить линию “NRST” от GND.
    • Утилита должна показать соединение

    Должна получиться такая картинка:

    3. MCU flash заблокирован на чтение, поэтому нужно отключить “Защиту от чтения”. На этом этапе вы потеряете оригинальную прошивку!

    Открыть цель -> меню «Опциональные байты». Должны быть такие настройки:

    Переключите “Защиту от считывания” на “Отключено” и нажмите кнопку “Отменить выделение”, затем нажмите кнопку “Применить”.Попробуйте перезапустить модуль (отключив питание).

    Нажмите Цель -> Подключить. В окне лога должна быть информация об успешном соединении и должно быть видно содержимое памяти – заполнено 0xFF. Теперь вы можете загрузить кастомную прошивку в MCU.

    4. Необходимая прошивка находится здесь: https://github.com/iliasam/Laser_tape_reverse_engineering/tree/master/Code/Firmware_dist_calculation_fast

    Выберите подходящий HEX-файл для вашего модуля и загрузите его в MCU Flash с помощью «ST- Утилита ССЫЛКА”.

    Шаг 3: Подключение модуля лазерного дальномера к Arduino

    Вам необходимо припаять провод или какой-либо разъем к TX-площадке на плате:

    См. схему подключения ниже.

    Во-первых, нужно проверить работоспособность модуля дальномера. На этом этапе вам не нужно подключать OLED-дисплей к Arduino — просто подключите линию TX модуля лазерного дальномера к линии TX Arduino, а линии питания модуля к источнику питания +3 В.

    Создайте пустой скетч и загрузите его в Arduino.Откройте «Последовательный монитор» в Arduino IDE. Выберите скорость передачи данных: 250000

    Если модуль дальномера работает нормально, вы получите те же данные:

    РАССТОЯН;01937;AMP;0342;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01937;AMP;0343;TEMP;1223. ;VOLT;115 DIST;01938;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115 DIST;01938;AMP;0343;TEMP;1223;VOLT;115

    На самом деле лучше использовать специализированный преобразователь USB-UART для этот тест. В его утилите выберите скорость 256000 бод (это реальная скорость микроконтроллера x-40).

    Во-вторых, необходимо собрать полную схему с дисплеем.

    Подключите линию TX модуля лазерного дальномера к линии RX Arduino (вам нужно отключить этот провод во время загрузки программы в Arduino).

    Если все работает нормально, вы получите тот же результат:

    На дисплее 3 цифры:

    • “COUNT” – счетчик полученных значений
    • “AMPL” – амплитуда сигнала. Символическая полоса (“<--->“) ниже показывает амплитуду графически (в логарифмическом масштабе).
    • Самое большое значение – расстояние в метрах и миллиметрах.

    Шаг 4: Калибровка нуля

    После первого запуска модуль лазерного дальномера необходимо откалибровать.

    Вам нужно разместить какой-нибудь белый предмет на определенном расстоянии от модуля. Расстояние до этого объекта станет нулевым расстоянием для модуля дальномера. Для запуска процесса калибровки необходимо подключить клавиатуру от лазерной рулетки и нажать нижнюю кнопку. Модуль подаст два звуковых сигнала – в начале калибровки и в конце (длительность калибровки около 10 секунд).

    Теперь вы можете использовать этот модуль лазерного дальномера.

    Видеоинструкция

    Ссылки:

    1. Github – результаты реверс-инжиниринга и исходный код.

    2. Habr.com – переведённая Google статья о процессе реверс-инжиниринга лазерной рулетки.

    Извините за мой английский – я из неанглоязычной страны.

    На что обратить внимание при покупке лазерного дальномера для гольфа

    После того, как вы одолжили у своих партнеров дальномер на семь суббот, вы понимаете, что пришло время изучить его для себя.Они есть у всех ваших друзей, они побеждают вас на несколько выстрелов в каждом раунде (должно быть, из-за дальномера, верно?), и сейчас самое время вложиться. Проблема заключается в том, что, как и во всем, что связано с гольфом, существует так много вариантов. Также существует большой диапазон цен и характеристик. Некоторые вещи будут иметь значение для вас и вашей игры, а другие нет.

    Вот несколько важных факторов, которые все игроки в гольф должны учитывать перед покупкой дальномера.

    Увеличение: Большинство дальномеров, имеющихся в настоящее время на рынке, имеют тот или иной тип увеличения.Именно это увеличение позволяет вам иметь точный метр на расстоянии нескольких сотен ярдов. Конечно, вам, вероятно, интересно, почему это важно, если вы так далеко от зелени. Лазерный дальномер можно использовать по-разному. Например, если вы находитесь на ти-боксе и вам нужно знать, как далеко до водной преграды, будет полезно знать, что она составляет 257 ярдов. Возможно, стоит переключиться на 3 дерева с мишени.

    Срок службы батареи: Наряду со сроком службы батареи важно выяснить, является ли батарея перезаряжаемой или ее необходимо заменить.Что-то, что прослужит вам в течение всего сезона игры в гольф, безусловно, будет стоить того, но некоторые разряжают батарею намного быстрее, чем это. В целом лазерные дальномеры имеют довольно длительное время автономной работы.

    Наклон/без наклона: Наклон может быть замечательной функцией дальномера. Эта функция будет учитывать высоту, а также расстояние, чтобы дать вам еще более точные показания. Проблема с наклоном в том, что он НАСТОЛЬКО точен, что обычно не допускается в турнирной игре.Если вы собираетесь участвовать в мероприятиях, убедитесь, что на вашем устройстве есть функция наклона, которую можно отключить. Для большинства турниров USGA требуется, чтобы функция наклона была отключена до начала турнирной игры. Хотя функция наклона может немного помочь, она также меняет цену на дальномер. Функция наклона обычно стоит немного больше, чем стандартный дальномер. Важно подумать, стоит ли вам покупать что-то, что имеет функции наклона.

    Цена:  Как и все, что связано с гольфом, цены на дальномеры сильно различаются. Несколько важных вопросов, которые следует рассмотреть: как часто вы будете его использовать и какое влияние это окажет на вашу игру. Если вы все еще изо всех сил пытаетесь преодолеть 100 ярдов, есть ли большая разница между 145 и 148 ярдами? Возможно нет. В этой ситуации может иметь смысл выбрать более дешевый вариант без уклона. Если вы играете в скрэтч-гольф и постоянно участвуете в турнирах, вы также можете пропустить склон, это не та функция, на которую стоит полагаться, если вы не можете использовать ее во время турнира.Цены на дальномеры варьируются от 150 до более 500 долларов.

    Размер: При выборе размера необходимо учитывать два фактора; Размер устройства и размер дисплея. Если во время игры вы много ходите пешком, вам необходимо учитывать как вес, так и размер дальномера. Не стоит добавлять несколько фунтов в сумку, если вы можете с этим поделать. В то же время важно убедиться, что вы выбрали что-то с достаточно большим (и достаточно четким) дисплеем, чтобы вы могли читать. Если вы в основном играете в гольф-карт, размер устройства не будет иметь такого большого значения.Если у вас есть какие-либо проблемы со зрением, сначала проверьте дальномер, чтобы убедиться, что вы видите числа, которые появляются на экране.

    Режим сканирования: Режим сканирования поможет вам с легкостью находить цели. Ищите устройство с режимом непрерывного сканирования. Это также поможет вам сэкономить время на курсе. Когда ваш дальномер помогает вам найти цель, он значительно ускоряет процесс. Использование дальномера или любого другого электронного устройства может увеличить время игры в гольф, если оно не используется должным образом.Гипотетически стреляя, булавка должна быть быстрее, чем расстояние в ярдах до разбрызгивателя. Режим сканирования в сочетании с технологией Pin Seeker значительно ускоряет получение точных метров.

    Прочность/водонепроницаемость: Обязательно прочитайте обзоры различных вариантов, которые вы рассматриваете. Иногда ваш дальномер выпадает из тележки или сумки, а иногда вы кладете его на землю рядом с собой, пока качаетесь. Является ли он водостойким? Если вы делаете эти инвестиции, убедитесь, что вы получите что-то, что продержится с течением времени.Некоторые дальномеры продаются с небольшим футляром для переноски, что является большим дополнительным преимуществом.

    Лазер против GPS: Большинство приведенных выше соображений касаются лазерных дальномеров. Лазерные дальномеры не всегда являются идеальным вариантом для всех игроков в гольф. Вы должны рассмотреть дальномер GPS, если вы не беспокоитесь о точных метрах, и вам просто нужны передняя, ​​средняя и задняя части. Если вам очень трудно удержать руку, лазерный дальномер также может вас разочаровать.GPS-дальномер также покажет схему лунки, если это важно для вас. Вообще говоря, дальномеры GPS дают гораздо больше информации, но информация не такая простая и точная, как лазер. Лазер – это номер, который вам нужен, чтобы добраться до булавки. Если электронные устройства и функции ошеломляют вас, то дальномер GPS не для вас.

    При выборе правильного дальномера нужно учитывать многое. Хорошей новостью является то, что независимо от того, какой продукт вы выберете, вы купите что-то, что может помочь сократить вашу игру на несколько ударов.Трудно найти игрока в гольф, который был бы против этой идеи!

    Лучший лазерный дальномер 2021 года

    После использования десятков лазерных дальномеров от разных производителей стало ясно, что некоторые ключевые функции имеют значение. Самым первым лазерным дальномером, который у меня был, был Bosch GLM15, и я до сих пор им пользуюсь. С тех пор, как я получил этот инструмент, лазерные дальномеры стали более распространенным явлением. Они также поставляются с новыми технологиями и функциями. Однако не всем нужны все эти навороты.Я помогу вам выбрать лучший лазерный дальномер для вас.

    У нас есть несколько конкретных рекомендаций, но мы также покажем вам, какие функции важны и на что обращать внимание при совершении покупок.

    Лучший лазерный дальномер по точности

    Leica DISTO D2

    Большинство лазерных дальномеров имеют точность 1/8 дюйма на расстоянии 30 футов. Для базовой оценки это работает просто отлично. Таким образом, Leica DISTO D2 достигает точности до 1/16 дюйма на расстоянии 328 футов! Вы заплатите больше за этот более точный лазерный измеритель, но если вам нужен лучший лазерный дальномер для точности, Leica D2 — наш лучший выбор.Он позволяет измерять от краев, углов и выступов и имеет память на 10 измерений. Он также взаимодействует с приложениями iOS и Google Play через Bluetooth.

    Лучший лазерный дальномер для наружного применения

    Bosch GLM 50 C Лазерный дальномер 165 футов

    Bosch GLM 50 C возглавляет наш список лучших лазерных дальномеров для наружного применения. Прежде всего, его инвертированный цветной ЖК-экран отображает большие, яркие цифры, которые мы можем видеть под прямыми солнечными лучами. С большинством LDM вы получаете крошечные цифры, которые нам трудно прочитать снаружи.Дисплей Bosch GLM 50 C заполняет экран измерениями расстояния в футах и ​​дюймах.

    Конечно, большинство лазерных дальномеров лучше всего подходят для оценки в помещении. Однако, когда вам нужно провести измерение на улице, нам нравятся функции этого инструмента. Он включает в себя подключение Bluetooth для использования с приложением Bosch MeasureOn для оценки фотографий. Он охватывает основы, такие как длина в реальном времени, длина, площадь, объем и косвенные измерения. Вы также получаете встроенный инклинометр для определения углов.Что касается времени работы, GLM 50 C за 119 долларов может выполнять до 10 000 измерений от комплекта батареек AAA.

    Лучший лазерный дальномер для домашних мастеров

    DeWalt DW040HD

    DeWalt DW040HD — это 40-футовый карманный лазерный дальномер. Никакие оборки. Никаких причудливых элементов управления. У него всего одна кнопка. Он измеряет до 40 футов и оснащен перезаряжаемой литий-ионной батареей. Это означает, что больше не нужно возиться с батареями AAA. Просто время от времени подключайте его к зарядному устройству miniUSB, и вы готовы провести еще несколько тысяч измерений.Он также поставляется с ремешком на запястье.

    За 29 долларов вы можете найти более дешевый лазерный дальномер, но мы выбрали лучший лазерный дальномер для домашних мастеров и домашнего использования. Это поможет вам оценить ковер и плитку или измерить стену для покраски без больших затрат.

    Лучший лазерный дальномер по доступной цене

    Skil ME9821-00 Лазерный дальномер

    65-футовый лазерный дальномер Skil ME9821-00 действительно впечатлил нас своим набором функций. Он предлагает серьезное измерительное решение для домашних мастеров и даже профессионалов начального уровня.Skil ME9821-00 выделяется ценой, простотой использования и точностью. Это убедительный выбор в море продуктов «я тоже».

    Нельзя также не отметить простоту и новаторство колесной меры. Для измерения искривленных поверхностей лазерный дальномер Skil имеет режим измерения колеса. Вы можете перетащить колесо в нижней части устройства вперед или назад по поверхности, чтобы получить точное измерение. Если вы меняете направление во время перетаскивания, расстояние просто вычитается из текущего измерения.

    Менее чем за 50 долларов этот инструмент является лучшим лазерным дальномером за эти деньги — бесспорно. Это недорогая и удобная альтернатива постоянному использованию рулетки. Нужно больше диапазона? Skil предлагает 100-футовую модель примерно на 20 долларов дороже.


    Лучший лазерный дальномер для профессионалов

    150-футовый лазерный дальномер Milwaukee

    Когда дело доходит до функций Pro, мы ищем сочетание точности, надежности и возможностей. 150-футовый лазерный дальномер Milwaukee действительно впечатлил нас сочетанием всех этих качеств.Лазер изготовлен из стандартного инструментального пластика и имеет защитную накладку на каждом из четырех боковых краев. Это должно защитить его в большинстве случаев падения.

    Для большинства внутренних работ, где полезным инструментом является лазерный дальномер, 150-футовый лазерный дальномер Milwaukee находит хорошее среднее между диапазоном, точностью и набором функций, сохраняя при этом цену ниже 100 долларов. Кнопка Side Shot и рычаг измерения углов — приятные дополнения к стандартным размерам, а Milwaukee не позволяет слишком усложнять интерфейс.

    Лучший лазерный дальномер для использования на больших расстояниях

    Bosch Blaze GLM400CL

    Во многих случаях документация является ключевым фактором. Сопряжение телефона с LDM решает эти проблемы. Однако для приложений с большим радиусом действия вы часто размещаете лазер так далеко, что уже не можете легко его отслеживать. Для этого вы можете интегрировать камеру с зумом прямо в инструмент. Bosch Blaze GLM400CL делает это с помощью камеры с регулируемым зумом, которая помогает найти лазерное пятно в условиях яркого освещения.

    Измеряя расстояние до 400 футов, Bosch Blaze позволяет вам делать и определять результаты измерений, а затем передавать документацию об измерениях непосредственно на смартфон или планшет. Он использует соединение Bluetooth со своим приложением MeasureOn. Этот наружный лазерный измеритель охватывает все основные функции, а также имеет встроенный инклинометр, помогающий определить угол наклона. Он даже подтверждает, когда инструмент выровнен для использования от руки.

    Завершает все это цветной ЖК-дисплей с подсветкой, усиленное стекло экрана и возможность просмотра последних 50 измерений на приборе.Он также хранит до 600 изображений. Вы можете получить больший диапазон от Leica, но всего за 299 долларов это наш выбор лучшего лазерного дальномера для использования на больших расстояниях.

    Также рекомендуется

    • Leica DISTO S910 (точность 0,05 до 300 м) – $1499

    Какое расстояние измеряют лазерные дальномеры?

    Первый вопрос, который вам нужно задать: какое расстояние вам обычно нужно измерять? Вы работаете в основном в помещении или на улице (на солнце)? Вы в основном сосредоточены на жилых проектах или коммерческих?

    Использование лазерных измерителей вне помещений: Имейте в виду, что лазерные измерители работают вне помещений.Даже если вы не можете видеть лазер, он точен, если попадает в диапазон его использования. Тем не менее, вы должны быть уверены, что попали в правильную цель! (См. раздел «Что такое цифровой видоискатель» ниже). Если вы оцениваете ограждения или другие товары для активного отдыха, вам может понадобиться инструмент, способный работать на больших расстояниях.

    Коммерческие приложения обычно требуют измерения больших расстояний, поэтому имеет смысл использовать инструмент с большим диапазоном.Чем дальше может измерять лазерный дальномер, тем более мощными должны быть лазер и датчик.

    Звоните: Рассмотрите самые длинные измерения, для которых вам нужен лазерный дальномер. Получите модель, которая будет выходить за рамки этого.

    Сколько памяти или хранилища мне нужно?

    Базовый лазерный дальномер не имеет памяти. Лучшее, что он вам даст, — это возможность провести измерение. Другие могут предоставить вам хранилище для хранения до 200 измерений и более.Решите, насколько вам удобно записывать измерения в блокнот или на телефон. Если вы хорошо ведете заметки или не хотите доверять технологиям, память может не иметь большого значения. С другой стороны, хранение этих цифр прямо в инструменте потенциально ускоряет рабочий процесс.

    Позвоните:  Это судебный звонок. Мне нравится лазерный измеритель с не менее чем 50 точками хранения данных, поэтому я могу провести измерения на весь дом. Но я до сих пор записываю их в блокнот.

    Лучшие экраны для лазерных дальномеров

    Существует два основных типа экранов: LCD и LED. Светодиод намного ярче и легче читается. Этот действительно помогает при ярком солнечном свете. Многие ЖК-дисплеи имеют подсветку, которая помогает в условиях низкой освещенности, но может быть неудобно читать под прямыми солнечными лучами. Также помогают «инвертированные» цвета, так как белый текст на темном фоне легче читать на солнце, чем черный текст на белом.

    Позвоните: Оба экрана работают нормально, но мы предпочитаем светодиоды и вариант перевернутых экранов, если у нас есть выбор.

    Нужны ли цветные ЖК-экраны?

    Мы продолжаем видеть новомодные продукты с полноцветными ЖК-дисплеями. Пока что это не очень помогло. Однако есть некоторые конкретные случаи, когда может помочь полноцветный экран. В частности, модели со встроенными камерами обеспечивают гораздо более впечатляющую оценочную документацию в конце работы. Тем не менее, другие модели служат дальномерами дальнего действия, помогая вам найти точку, которая может находиться на расстоянии нескольких сотен метров.

    Могут ли лазерные дальномеры выполнять измерения в реальном времени?

    Как правило, да. Измерения в реальном времени дают вам мгновенную обратную связь, когда вы перемещаете лазер, а не ждете, пока вы нажмете кнопку «измерение». Это дает вам возможность найти точное расстояние от стены или потолка, чтобы вы могли сделать отметку, прежде чем пробивать в ней отверстие. Никто из нашей команды профессионалов не заинтересован в лазерном дальномере, у которого нет этой функции.

    Позвоните: По нашему мнению, функция измерения в реальном времени является обязательной функцией.

    Поддерживает ли он сложение/вычитание?

    Сложение и вычитание — это удобные функции, когда вам нужно объединить две длины, которые вы не можете измерить одним махом. Они также помогают, когда вам нужно исключить часть измерения. Он также работает в сочетании с расстоянием, площадью и объемом. Если вы делаете смету на покраску, это простой способ убрать площадь гаражных ворот и других больших площадей, не подлежащих покраске, по ходу дела.

    Позвоните:  Эту функцию можно найти во всех устройствах, кроме самых простых лазерных дальномеров, и она очень полезна, в частности, при расчете площади.

    Может ли он вычислять площадь и объем?

    Скорее всего, если ваша лазерная мера имеет сложение и вычитание, она также будет иметь площадь, объем и косвенное измерение (см. ниже). Это просто позволяет вам выполнить два (для площади) или три (для объема) измерения и автоматически получить результат. При оценке краски, гипсокартона, напольных покрытий, воздушного потока и т. д. мы считаем это важной функцией.

    Позвоните:  Помимо основных измерений, функции площади и объема являются одними из самых полезных.Вы, вероятно, хотите, чтобы это было на вашем лазерном дальномере.

    Можете ли вы провести косвенное измерение (используя теорему Пифагора)?

    Косвенное измерение идет рука об руку с функциями площади и объема. Разница в том, что вы измеряете прямо до основания материала (каттер прямоугольного треугольника) и от той же точки до вершины материала (гипотенуза), чтобы получить высоту, которую вы не можете измерить напрямую.

    Позвоните по номеру: Для большей части нашей команды эта функция не является решающей, но вы, вероятно, получите ее вместе с площадью и объемом.На самом деле это действительно крутая функция, если она вам нужна. Расширенная версия этого также интегрирует измерение угла. Это позволяет измерять различные высоты на расстоянии — даже над землей.

    Полезно ли беспроводное соединение (Bluetooth)?

    Получение данных из инструмента почти так же важно, как и его получение, если вы делаете оценки и предложения. Если вы разбираетесь в технологиях, соединение Bluetooth может помочь вам передавать данные с лазерного дальномера на телефон, планшет или компьютер.

    Скорее всего, для этого есть приложение. Некоторые приложения даже дают вам возможность накладывать измерения на изображения или чертежи работы. При составлении заявки или предложения это позволяет вам показать клиенту визуальные эффекты и привнести в ваше предложение дополнительный уровень профессионализма.

    Звоните: Добавление этого уровня технологии требует обучения. Те, кто научится его использовать, смогут сэкономить массу времени и подготовить предложения и оценки с гораздо большим объемом данных.Хотя Bluetooth полезен при лазерных измерениях, он не является отраслевым стандартом, поэтому он полностью зависит от вашего уровня комфорта, если вы этого хотите.

    Что такое цифровой видоискатель и чем он полезен?

    Цифровой видоискатель наиболее полезен при лазерном дальномере дальнего действия, когда трудно увидеть, куда попадает лазерная точка. Когда вы измеряете расстояния с точностью до 400 футов, отклонение на пару градусов может иметь большое значение в ваших результатах.

    Позвоните: Вы можете видеть только красные лазеры до тех пор, пока вам не понадобится отразить их от целевой карты и, возможно, пригласить второго человека.Цифровой видоискатель действительно полезен для дальних съемок на открытом воздухе.

    Стоит ли покупать модель с камерой?

    Некоторые лазерные дальномеры добавляют камеру к цифровому видоискателю. Это может упростить создание фотографии с замерами. Это работает вместе с соединением Bluetooth для передачи результатов в приложение. Эта функция появляется на высококлассных лазерных мерах и предлагается по более высокой цене.

    Другая система с функцией интеграции камеры в качестве дальномера.Это поможет вам «увеличить» удаленные объекты, которые вы пытаетесь поразить этой маленькой красной точкой.

    Ваш выбор: Это наиболее полезно на коммерческих сайтах, где есть много технологий для быстрого получения информации там, где она нужна. Тем не менее, использование таких технологий в качестве подрядчика по жилью определенно выделит вас.

    Литий-ионный аккумулятор или аккумулятор в качестве источника питания?

    Многие лазерные дальномеры используют батареи AAA или AA в качестве источника питания, хотя некоторые из них имеют встроенную литий-ионную батарею.Стандартные щелочные батареи относительно недороги и их легко найти. Аккумуляторные батареи подходят для некоторых более крупных и мощных моделей и избавляют вас от необходимости носить с собой запасные части… до тех пор, пока вы не забудете их зарядить!

    Позвоните:  Здесь нет ничего плохого. Щелочные батареи снизят ваши первоначальные затраты, а литий-ионные более удобны. Мне нравятся литий-ионные, но большинство наших лазерных дальномеров щелочные.

    Сколько я должен заплатить? Что такое хорошая цена?

    Сколько вы готовы потратить, это еще один важный момент.Лазерные меры могут стоить всего 20 долларов.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.