Quanto sei alto?: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Segui la crescita del tuo bambino con uno stadiometro digitale

Durante la mia infanzia, mia madre era solita prendere periodicamente la mia altezza e scriverla su un blocco note per seguire la mia crescita. Ovviamente, non avendo uno stadiometro in casa, io stavo in piedi contro il muro o lo stipite della porta mentre lei prendeva la misura con un metro. Ora ho una nipotina appena nata e quando inizierà a camminare, i suoi genitori saranno sicuramente interessati a seguire la sua crescita in altezza. Così è nata l'idea di uno stadiometro digitale.

È realizzato attorno a un Arduino Nano e a un sensore "Time of Flight" che misura quanto tempo impiega la minuscola luce laser a rimbalzare sul sensore.

Passaggio 1: parti e componenti

• Arduino Nano Rev 3
• Sensore laser CJMCU 530 (VL53L0x)
• Encoder rotativo KY-040
• Display SSD1306 OLED 128x64
• Cicalino passivo
• Resistori 2x10KΩ

Passaggio 2: il sensore

La ST Microelectronics VL53L0X è un modulo laser Time-of-Flight (ToF) di nuova generazione alloggiato in un piccolo pacchetto, che fornisce misurazioni accurate della distanza indipendentemente dalle riflettanze del bersaglio, a differenza delle tecnologie convenzionali.

Può misurare distanze assolute fino a 2 m. Il laser interno è totalmente invisibile all'occhio umano (lunghezza d'onda 940 nm) ed è conforme ai più recenti standard in termini di sicurezza. Integra un array di SPAD (Single Photon Avalanche Diodes)

La comunicazione con il sensore avviene tramite I2C. Poiché il progetto include anche un altro I2C installato (l'OLED), sono necessari 2 resistori di pullup da 10KΩ sulle linee SCL e SDA.

Ho usato il CJMCU-530, che è un modulo breakout con il VL53L0X di ST Microelectronics.

Passaggio 3: operazioni e posizionamento del sensore

Una volta costruito e testato, il dispositivo deve essere montato al centro del top del telaio di una porta; questo perché se lo si monta troppo vicino a una parete oa un ostacolo, il raggio laser IR verrà disturbato e si creerà un fenomeno di diafonia sulla misura. Un'altra opzione sarebbe quella di installare il dispositivo tramite un'asta di prolunga per allontanarlo dal muro, ma è più scomodo.

Misurare accuratamente la lunghezza corretta tra il pavimento e il sensore (offset da impostare) e calibrare il dispositivo (vedi passaggio successivo). Una volta calibrato, il dispositivo può essere utilizzato senza bisogno di calibrare nuovamente, a meno che non lo si sposti in un'altra posizione.

Accendi il dispositivo e posizionati sotto di esso, in posizione diritta e ferma. La misura verrà eseguita quando il dispositivo rileverà una lunghezza costante per più di 2,5 secondi. A quel punto emetterà un suono musicale di "successo" e manterrà la misura trattenuta sul display.

Passaggio 4: calibrazione offset

Come accennato in precedenza, è necessario impostare il valore corretto (in centimetri) per l'offset, la distanza tra il misuratore e il pavimento. Ciò può essere ottenuto premendo la manopola del codificatore rotante (che ha un interruttore a pulsante). Una volta attivata la modalità calibrazione, impostare la giusta distanza ruotando la manopola (in senso orario si sommano i centimetri, in senso antiorario si sottrae). L'offset va da 0 a 2,55 m.

Al termine, basta premere nuovamente la manopola. Due toni diversi verranno generati dal cicalino interno per darti un feedback acustico. La modalità di calibrazione ha un timeout di 1 minuto: se non si imposta l'offset entro questo timeout, il dispositivo esce dalla modalità di calibrazione e ritorna in modalità di misura, senza modificare l'offset memorizzato. L'offset viene memorizzato nella memoria EEPROM di Arduino, per conservarlo durante i successivi arresti.

Passaggio 5: codice

ST Microelectronics ha rilasciato una libreria API completa per VL53L0X, incluso il rilevamento dei gesti. Per lo scopo del mio dispositivo, ho trovato più facile usare la libreria VL53L0X di Pololu per Arduino. Questa libreria ha lo scopo di fornire un modo più rapido e semplice per iniziare a utilizzare il VL53L0X con un controller compatibile con Arduino, in contrasto con la personalizzazione e la compilazione dell'API di ST per Arduino.

Ho impostato il sensore in modalità ALTA PRECISIONE e LUNGA PORTATA, in modo da avere più libertà sull'altezza di installazione e sull'impostazione dell'offset. Ciò si tradurrà in una velocità di rilevamento più lenta, che è comunque sufficiente per lo scopo di questo dispositivo.

L'offset è memorizzato nella memoria EEPROM di Arduino, i cui valori vengono mantenuti allo spegnimento della scheda.

Nella sezione loop la nuova misura viene confrontata con la precedente e se sulla stessa misura sono passati 2,5 secondi (e se NON è un valore di Offrange o Timeout), la misura viene sottratta dall'offset e mostrata stabilmente sul display. Una breve musica di "successo" viene riprodotta dal cicalino piezoelettrico, per avvisare acusticamente l'utente.

Passaggio 6: schemi

Passaggio 7: custodia/custodia e assemblaggio

Dato che la mia incapacità di tagliare finestre rettangolari su scatole commerciali è molto nota, ho intrapreso la strada per progettare una custodia con un CAD e inviarla per la stampa 3D. Non è la scelta più economica, ma è comunque una soluzione conveniente perché offre la possibilità di essere molto precisi e flessibili sul posizionamento di tutti i componenti.

Il piccolo chip laser è montato senza alcun vetro di copertura, per evitare diafonia e misure errate. Se si desidera installare il laser dietro una copertura, sarà necessario eseguire una complessa procedura di calibrazione come riportato nella documentazione di ST Microelectronics.