Capteur de Distance Laser LIDAR-Lite 3

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Mise à jour le 01/12/2019 : Article traitant du module laser LIDAR-Lite V3 de Garmin permettant de mesurer des distances de 0 à 40 m. Ce module communique avec un microcontrôleur type Arduino via une liaison PWM ou I2C..

Sommaire : 

 

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Descriptif du capteur de distance Laser LIDAR-Lite 3

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Module laser LIDAR-Lite V3 de Garmin permettant de mesurer des distances de 0 à 40 m. Ce module communique avec un microcontrôleur type Arduino via une liaison PWM ou I2C.

Il est paramétrable pour obtenir un compromis entre précision, plage de mesure et temps d’acquisition. Il est compact, léger et économe en énergie. Applications: drones, robots, modélisme, etc.

Remarque: ce module utilise un laser de Classe 1, sans danger dans des conditions d’utilisation normales. Il est cependant recommandé de ne pas regarder directement le capteur de face.

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L’améliorations du traitement des signaux offre des vitesses de mesure 5X plus rapides

Grâce à la mise en ouvre d’une nouvelle architecture de traitement du signal, le LIDAR-Lite va maintenant fonctionner à des vitesses de mesure allant jusqu’à 500 lectures par seconde, offrant une plus grande résolution pour des applications de numérisation.

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Communications I2C améliorées

La communication I2C du LIDAR-Lite fonctionner à présent à 100 ou 400 kbits/s.

À présent largement compatible avec le plus simple des contrôleurs I2C et la plupart des cartes microcontrôleur. Au lieu des réponses « ACK » et « NACK » (accusés de réception positifs/négatifs), lorsque le capteur est disponible ou occupé, un registre d’états (0X01) peut être interrogé pour indiquer l’état du capteur.

La valeur de la mesure précédente peut être lue à tout moment lors d’une acquisition, jusqu’à ce qu’elle soit écrasée par une nouvelle valeur. Inutile d’attendre que le capteur soit disponible pour lire les données. 

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Adressage I2C assignable par l’utilisateur

Chaque capteur peut disposer d’une adresse I2C unique.

L’adresse de base de 0x62 peut être utilisée par défaut dans des applications de capteurs uniques et sera également disponible dans des applications multi-capteurs en tant qu’adresse de diffusion pour lancer une commande à tous les LIDAR-Lites sur le bus I2C.

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Compatible avec le capteur original pour toutes les fonctions primaires

La compatibilité va se prolonger dans les futures versions et variantes du produit, à savoir, les capteurs à base de DEL, à longue portée ou les produits à taux de répétition élevé.

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Spécification

Spécification du laser LIDAR-Lite 3

Caractéristiques physiques :

  • Taille : 20mm x 48mm x 40mm
  • Poids :  22 g (0,78 oz.)
  • Température de fonctionnement : -20 to 60°C (-4 to 140°F) 

Caractéristiques electrique :

  • Tension nominal : 5Vcc
  • Tension mini : 4.5Vcc
  • Tension maxi : 5.5Vcc
  • Consommation en courant :
    • En veille : 105 mA
    • En fonctionnement continu : 135 mA

Performance :

  • Plage (cible réfléchissante à 70%) : 40 m
  • Résolution :  +/- 1 cm 
  • Précision : <5 m ± 2,5 cm  typique ( Non-linéarité présente en dessous de 1 m )
  • Précision : ≥ 5 m ± 10 cm  typique
    • Moyenne  : ± 1% de la distance .
    • Maximale Ondulation : ± 1% de distance maximale
  • Taux de mise à jour :  (cible réfléchissante à 70%) Mode rapide à 270 Hz typique à 650 Hz ( (Sensibilité réduite) > 1000 Hz à courte portée uniquement
  • Taux de répétition : ~ 50 Hz par défaut 500 Hz max.

Interface  :

  • Interface utilisateur :  I2C ou PWM Déclencheur externe
  • Interface l2C : en mode rapide (400 kbit / s) Adresse 7 bits par défaut 0x62 Accès et contrôle au registre interne.
  • Interface PWM :
    • Entrée de déclenchement :  externe

    • Sortie PWM :  proportionnelle à la distance à 10 μs / cm

Laser  :

  • Longueur d’onde : 905 nm (nominale)
  • Puissance totale du laser (pic) : 1,3 W
  • Mode de fonctionnement : pulsé (train d’impulsions max. 256 impulsions)
  • Largeur d’impulsion :  0,5 μs (cycle de service de 50%).
  • Fréquence de répétition du train d’impulsions : 10-20 KHz nominale
  • Energie par impulsion : <280 nJ
  • Diamètre du faisceau à l’ouverture du laser : 12 × 2 mm (0,47 × 0,08 in)
  • Divergence : 8 mradian

Réperage des connections :

Repérage des connections du laser - RedOhm -

Repérage des connections du laser

Rouge :  5 Vdc (+)
Orange : Power enable (mise à niveau interne)
Jaune : Contrôle du mode
Vert : I2C SCL
Bleu : SDA I2C 
Noir : Terre (-) 

Il existe deux configurations de base pour ce périphérique :

  • I2C (circuit intégré): bus informatique série utilisé pour communiquer entre ce périphérique et un microcontrôleur, tel qu’une carte Arduino.
  • PWM (modulation de largeur d’impulsion): méthode de transfert de signal bidirectionnel qui déclenche les acquisitions et renvoie les mesures de distance à l’aide de la broche de contrôle de mode.  

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Information opérationnelles sur le laser lidar

Technologie du laser lidar-lite 3.

Cet appareil mesure la distance en calculant le délai entre l’émission d’un signal laser dans le proche infrarouge et sa réception après une réflexion sur une cible. Cela se traduit par une distance utilisant la vitesse de la lumière connue. Notre approche unique de traitement du signal transmet une signature codée et recherche cette signature dans le retour, ce qui permet une détection très efficace avec des niveaux de puissance laser sûrs pour les yeux. Des techniques exclusives de traitement du signal sont utilisées pour obtenir une sensibilité, une vitesse et une précision élevées dans un système de petite taille, à faible consommation d’énergie et à faible coût.

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Principe de fonctionnement .

Principe de fonctionnement Pour prendre une mesure, cet appareil effectue d’abord une procédure de correction de polarisation du récepteur, corrigeant les variations de niveau de lumière ambiante et permettant une sensibilité maximale.

Ensuite, l’appareil envoie un signal de référence directement de l’émetteur au récepteur. Il enregistre la signature de transmission, définit le délai pour la distance «zéro» et recalcule ce délai périodiquement après plusieurs mesures.

Ensuite, l’appareil lance une mesure en effectuant une série d’acquisitions. Chaque acquisition est une transmission du signal laser principal tout en enregistrant le signal de retour sur le récepteur. S’il existe une correspondance de signal, le résultat est stocké en mémoire en tant qu’enregistrement de corrélation. La prochaine acquisition est additionnée au résultat précédent. Lorsqu’un objet situé à une certaine distance renvoie le signal laser au dispositif, ces acquisitions répétées font apparaître un pic hors du bruit à l’emplacement de distance correspondant dans l’enregistrement de corrélation.

L’appareil intègre les acquisitions jusqu’à ce que le pic de signal dans l’enregistrement de corrélation atteigne une valeur maximale. Si le signal renvoyé n’est pas suffisamment puissant pour que cela se produise, l’appareil s’arrête à un nombre d’acquisition maximal prédéterminé.

L’intensité du signal est calculée à partir de l’amplitude du pic d’enregistrement du signal et un seuil de signal valide est calculé à partir du bruit de fond. Si le pic est supérieur à ce seuil, la mesure est considérée comme valide et l’appareil calculera la distance, sinon il indiquera 1 cm. Au début de la mesure suivante, l’appareil efface l’enregistrement du signal et recommence la séquence.

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Interface.

Initialisation à la mise sous tension ou à la réinitialisation, l’appareil effectue une séquence de test automatique et initialise tous les registres avec les valeurs par défaut. Après environ 22 ms, il est possible de prendre des mesures de distance avec l’interface I2C ou la broche de contrôle de mode.

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Broche d’activation de l’alimentation

La broche d’activation utilise une résistance de rappel interne et peut être actionnée au zero volt  pour couper l’alimentation de l’appareil.

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Interface I2C

Cet appareil possède une interface série compatible I2C à 2 fils (reportez-vous à la spécification I2CBus, version 2.1, janvier 2000, disponible auprès de Philips Semiconductor). Il peut être connecté à un bus I2C en tant que périphérique esclave, sous le contrôle d’un périphérique maître I2C. Il prend en charge le transfert de données en mode rapide 400 kHz. Le bus I2C fonctionne en interne à 3,3 Vcc. Un sélecteur de niveau interne permet au bus de fonctionner à 5 Vcc maximum. Des résistances de rappel internes de 3 000 ohms assurent cette fonctionnalité et permettent une connexion simple à l’hôte I2C. Le périphérique a une adresse d’esclave 7 bits avec une valeur par défaut de 0x62. L’adresse I2C 8 bits effective est 0xC4 write et 0xC5 read. L’appareil ne répondra pas à un appel général. La prise en charge n’est pas fournie pour l’adressage 10 bits.

La définition du bit le plus significatif de l’octet d’adresse I2C sur un déclenche l’incrémentation automatique de l’adresse du registre avec des lectures ou des écritures successives au sein d’un transfert de bloc I2C. Ceci est couramment utilisé pour lire les deux octets d’une valeur de 16 bits dans un transfert et est utilisé dans l’exemple suivant.

La méthode la plus simple pour obtenir les résultats de mesure à partir de l’interface I2C est la suivante:

  1. Écrivez 0x04 pour enregistrer 0x00.
  2. Lisez le registre 0x01. Répétez l’opération jusqu’à ce que le bit 0 (LSB) passe à l’état bas.
  3. Lisez deux octets dans 0x8f (octet haut 0x0f puis octet bas 0x10) pour obtenir la distance mesurée en bits de 16 bits.

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Broche de contrôle de mode

La broche de contrôle de mode fournit un moyen de déclencher des acquisitions et de renvoyer la distance mesurée via une modulation de largeur d’impulsion (PWM) sans avoir à utiliser l’interface I2C.

L’état inactif de la broche de contrôle de mode est haute impédance (High-Z). En tirant la broche de contrôle de mode sur le bas, une seule mesure est déclenchée et l’appareil réagit en actionnant la ligne la plus haute avec une durée d’impulsion proportionnelle à la distance mesurée à 10 μs / cm. Une résistance de terminaison de 1k ohm est requise pour éviter les conflits de bus.

Le dispositif actionne la broche de contrôle de mode à 3,3 Vcc. L’isolation de la diode permet à la broche de tolérer un maximum de 5 Vcc.

Comme indiqué dans le schéma de câblage de la carte Arduino pour un fonctionnement en  PWM , une méthode de déclenchement simple consiste à utiliser une résistance de 1k ohm en série avec une broche de sortie hôte pour abaisser la broche de contrôle de mode afin de lancer une mesure, et une broche d’entrée hôte directement connectée au moniteur. la largeur d’impulsion de sortie faible à élevée.

Si la broche de contrôle de mode est maintenue basse, le processus d’acquisition se répète indéfiniment, produisant une sortie à fréquence variable proportionnelle à la distance.

Le comportement des broches de contrôle de mode peut être modifié à l’aide du registre I2C ACQ_CONFIG_REG (0x04), comme indiqué dans la section 0x04 (voir la definitions du registre de controle).

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Définitions détaillées du registre de contrôle. 

REMARQUE : Sauf indication contraire, tous les registres contiennent un octet et sont en lecture et en écriture.

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0x00

R/W Nom Description Valeur initiale
 W ACQ_COMMAND Commande de périphérique –  
Bit  Fonction
7.0  Write 0x00: Reset FPGA, tous les registres reviennent aux valeurs par défaut
   Write 0x03: Prendre une mesure de distance sans correction de biais du récepteur
   Write 0x04: Prendre une mesure de distance avec correction de biais du récepteur

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0x01

R/W Nom Description Valeur initiale
R STATUT État du système  
Bit  Fonction
6

 Indicateur d’erreur de processus
 0 : aucune erreur détectée
 1 : erreur système détectée pendant la mesure
5 

Drapeau d’etat 
 0 : erreur détectée
 1 : La référence et le biais du récepteur sont opérationnels
4

Indicateur de retour secondaire
 0 : Aucun retour secondaire détecté
 1 : déclaration secondaire détectée dans l’enregistrement de corrélation 
3

Drapeau de signal invalide
 0 : pic détecté
 1 : pic non détecté dans l’enregistrement de corrélation, la mesure est invalide
2

Indicateur de débordement du signal
 0 : les données du signal n’ont pas débordé
 1 : Les données de signal dans l’enregistrement de corrélation ont atteint la valeur maximale avant le dépassement. Cela se produit avec une force de signal reçu forte.
1

Indicateur de dépassement de référence
 0 : les données de référence n’ont pas débordé
 1 : les données de référence dans l’enregistrement de corrélation ont atteint la valeur maximale avant le dépassement. Cela se produit périodiquement
0

Drapeau occupé
 0 : l’appareil est prêt pour une nouvelle commande
 1 : l’appareil est en train de prendre une mesure.

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0x02

R/W Nom Description Valeur initiale
R/W SIG_COUNT_VAL Nombre d’acquisition maximal 0x80
Bit  Fonction
7.0 Nombre maximum d’acquisitions pendant la mesure

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0x04

R/W Nom Description Valeur initiale
R/W ACQ_CONFIG_REG Contrôle du mode d’acquisition 0x08
Bit  Fonction
6

 0 : Activer le processus de référence pendant la mesure
 1 : désactiver le processus de référence pendant la mesure
5

 0 : Utiliser le délai par défaut pour les modes rafale et libre.
 1 : Utiliser le délai à partir de MEASURE_DELAY (0x45) pour le mode de fonctionnement en rafale et libre.
4

 0 : Activer le filtre de référence, moyenne de 8 mesures de référence pour une cohérence accrue.
 1 : désactiver le filtre de référence.
3

 0 : Activer la terminaison rapide de mesure. L’appareil mettra fin à la mesure de distance plus tôt s’il prévoit que la crête du signal dans l’enregistrement de corrélation atteindra sa valeur maximale.
 1 : Désactive la fin rapide de la mesure.
2

 0 : Utiliser le nombre d’acquisition de référence par défaut de 5.
 1 : utilisez le compte d’acquisition de référence de REF_COUNT_VAL (0x12).
1.0

Commande de fonction de sélection de mode de mode
 00 : mode PWM par défaut. Mettre la  broche à l’etat bas pour déclencher la mesure. Le dispositif répondra par une sortie active haute avec une durée de 10 us / cm.
 01 : mode de sortie d’état. Le périphérique conduira sur la broche active lorsque son poste est occupé. Peut être utilisé pour interrompre le périphérique hôte.
 10 : mode PWM à délai fixe. Mettre la  broche à l’etat bas ne déclenchera pas de mesure.
 11 : Mode de sortie de l’oscillateur. Sortie nominale 31,25 kHz. La précision de l’oscillateur au silicium dans le dispositif est généralement inférieure à 1% de la valeur nominale. Cela affecte les mesures de distance proportionnellement et peut être mesuré pour appliquer un facteur de compensation.

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0x09

R/W Nom Description Valeur initiale
R/W ACQ_CONFIG_REG Sortie de mesure de vitesse __
Bit  Fonction
7.0

Sortie de mesure de vitesse. Différence entre la mesure actuelle et la précédente, valeur signée (complément à 2) en centimètres.

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0x0c

R/W Nom Description Valeur initiale
R PEAK_CORR Valeur maximale dans l’enregistrement de corrélation _
Bit  Fonction
7.0 La valeur du pic le plus élevé dans l’enregistrement de corrélation.

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0x0d

R/W Nom Description Valeur initiale
R NOISE_PEAK Niveau de bruit d’enregistrement de corrélation _
Bit  Fonction
7.0 Une mesure du bruit dans l’enregistrement de corrélation. Sera légèrement au-dessus du troisième plus haut pic.

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0x0e

R/W Nom Description Valeur initiale
R SIGNAL_STRENGTH Puissance du signal reçu _
Bit  Fonction
7.0 Puissance du signal reçu calculée à partir de la valeur du pic le plus élevé de l’enregistrement de corrélation et du nombre d’acquisitions réalisées.

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Information général des termes utilisés sur le laser . 

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Energie par impulsion

La puissance se définit classiquement comme la quantité d’énergie émise par unité de temps. Un laser délivrant un joule pendant une seconde aura une puissance d’un watt.
Dans le cas de lasers impulsionnels, il faut distinguer la puissance moyenne délivrée, qui tient compte des intervalles de temps entre chaque impulsion et la puissance de crête, qui est la puissance atteinte lors d’une l’impulsion.
Ainsi, un laser d’un watt délivrant sa lumière de façon continue aura une  puissance d’un watt ; mais s’il concentre une énergie d’un joule en une décharge lumineuse d’une milliseconde, sa puissance de crête va être multipliée par mille et atteindra un kilowatt.
En délivrant leur énergie sur des temps très courts (nanoseconde voire picoseconde ou même femtoseconde), certains lasers d’étude peuvent atteindre des puissances de crête extrêmement élevées (jusqu’à 10 petawatts).

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La divergence

La divergence du faisceau décrit l’élargissement du faisceau sur la distance. Elle est définie en milli-radiant (mrad), qui décrit généralement une partie du cercle circonscrit.
En général, il est préférable d’avoir une divergence aussi faible que possible.
La divergence du faisceau est en relation directe avec la taille du faisceau en sortie de module : en augmentant la taille du faisceau à la sortie, il est possible de réduire la divergence – et vice versa. Cela est possible dans une certaine mesure, en fonction de la technologie laser utilisée.

 

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Schéma de cablage pour le laser lidar lite 3
communication en I2c

Cablage pour la communication en I2C avec le laser 

Schema de cablage du laser pour le cablage de I2c pour le LIDAR-Lite 3

Schema de cablage du laser pour le cablage de I2c pour le LIDAR-Lite 3

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  1. Condensateur électrolytique  680µF Respectez la polarité lors de l’installation du condensateur.
  2. Connexion SCL I2C fil vert ( Signal d’horloge )
  3. Connexion SDA I2C Fil bleu ( Signal de donnée )
  4. Connexion à la terre (-) connexion Fil noir
  5. Power Connexion 5 Vdc (+) Fil rouge le capteur fonctionne entre 4,75 et 5,5 Vdc, avec une tension max. de 6 Vdc.

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Schéma de cablage pour le laser lidar lite 3
communication en PWM

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Interface en PWM

Interface en PWM

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  1. Branchement électrique 5 Vcc (+) : Fil rouge . Le capteur fonctionne entre 4,75 et 5,5 Vcc, avec une tension max. de 6 Vdc.
  2. Connexion à la terre (-) : Fil noir.
  3. Connexion  pour le choix du mode : Fil jaune.
  4. Broche de surveillance sur le microcontrôleur : Connectez l’un des côtés de la résistance à la connexion Modecontrol de l’appareil et à une broche de surveillance de votre microcontrôleur.
  5. Broche ou pin  de déclenchement sur le microcontrôleur : Connectez l’autre côté de la résistance à la broche de déclenchement de votre microcontrôleur.
  6. Resistance de 1kΩ

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Exemple de programme ( constructeur )
Pour initialiser , configurer et lire le laser lidar
pour une communication en I2c

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Lien utile pour le laser lidar lite 3

 

Fournisseur   : https://www.robotshop.com

Information technique :

 

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A savoir sur l’utilisation des informations  pour le laser lidar lite 3

A savoir sur l’utilisation des informations : 

Les informations sur les caractéristiques et spécificités du capteur lidar lite 3 qui sont fournis sur cette page correspondent  aux informations des fiches techniques du constructeur si malgré le soin apporté à la réalisation de cet article une erreur s’est glissée dans ces lignes nous ne pourrions en être tenu responsable.

Les programmes , schémas et autres que ceux donnés par le constructeur font parti des montages utiles à nos applications si malgré le soin apporté à nos montages une erreur s’est glissée dans ces lignes nous ne pourrions en être tenu responsable . 

L’ensemble des informations techniques de cet article a été utilisé pour nos applications, elles vous sont fournies comme un exemple de document de travail. Mais nous ne pourrions être tenu responsables d’une mauvaise utilisation de celle-ci.

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