Modul LIDAR 360 grade, M1C1, rotativ, UART

Senzorul LiDAR M1C1 Mini realizeaza scanare laser 2D pe 360° si functioneaza pe principiul triangulatiei. Este destinat navigatiei autonome si cartografierii. Genereaza un nor de puncte al mediului inconjurator, util pentru evitarea obstacolelor, pozitionare autonoma, cartografiere de tip SLAM si realizarea de harti 2D. Poate fi folosit in roboti mobili, platforme AGV, aspiratoare robot DIY si proiecte educationale.

Baza modulului este fixa, iar capul superior se roteste continuu, in sensul acelor de ceasornic. Alimentarea si datele sunt transmise catre partea rotativa printr-un mecanism de perii. Distanta de detectie ajunge pana la 8 m, iar domeniul optim este intre 0.1 si 6 m. Rezolutia unghiulara este de aproximativ 0.93°, frecventa de scanare de 10 Hz, iar frecventa de masurare de 3860 de puncte pe secunda. Sursa de lumina este un laser de 780 nm, Clasa I, sigur pentru oameni si animale. Senzorul rezista bine la interferentele luminii ambientale si consuma tipic doar 1.0 W la alimentarea de 5 V.

Datele de unghi si distanta sunt transmise continuu prin UART, in pachete binare, la 115200 baud, cu nivel logic de 3.3 V. Conectarea se face printr-un conector PH1.25 cu 4 pini. Senzorul este compatibil cu orice platforma care dispune de un UART hardware: ESP32, STM32, Arduino Mega (Serial1, Serial2, Serial3), Raspberry Pi (UART pe GPIO sau prin adaptor USB) si PC, prin adaptor USB-UART. Pentru decodarea si procesarea datelor in timp real recomandam ESP32 sau STM32. Pe Arduino Uno si Nano, UART-ul hardware este ocupat de conexiunea USB, iar SoftwareSerial nu functioneaza fiabil la 115200 baud. Iesirea TX de 3.3 V a senzorului este citita corect de majoritatea placilor de 5 V. Pinul RX al senzorului nu trebuie insa conectat direct la o iesire de 5 V.

Specificatii:

Tensiune de alimentare: 5VDC

Consum de energie: tipic 1.0W

Sursa de lumina: laser 780nm, Clasa I

Principiu de functionare: triangulatie

Distanta de detectie: 0.1 - 6m (maxim 8m)

Camp vizual: 360° orizontal

Rezolutie unghiulara: aprox. 0.93°

Frecventa de masurare: 3860 puncte/s

Frecventa de scanare: 10Hz

Sens de rotatie: orar

Interfata: UART

Parametri UART: 115200 baud, 8N1

Nivel logic UART: 3.3V

Date transmise: unghi si distanta, pachete binare

Conector: 4 pini, PH1.25

Greutate: 98g

Dimensiuni: 100.95 x 60.50 x 45.30 mm

Utilizare:

Placa modulului vine cu un conector cu 4 pini, PH1.25, ce ofera acces la pinii VCC (5VDC), TX, GND si RX.

Alimentati modulul cu 5V dintr-o sursa stabila, capabila sa furnizeze cel putin 500mA, pentru a acoperi curentul de pornire al motorului.

Conectati pinul TX al senzorului la pinul RX al microcontrolerului sau al adaptorului USB-UART si legati masele (GND) intre ele.

Configurati portul serial la 115200 baud, 8 biti de date, fara paritate, 1 bit de stop (8N1).

Dupa alimentare, capul senzorului incepe sa se roteasca, iar dupa stabilizarea turatiei modulul transmite continuu datele de scanare. Turatia nu poate fi reglata extern.

Decodati pachetele conform protocolului de mai jos si verificati suma de control a fiecarui pachet inainte de a folosi datele.

Montati senzorul pe robot sau pe echipament astfel incat sa aiba vedere libera pe toata circumferinta, fara elemente care sa atinga sau sa franeze capul rotativ.

Curatati periodic fereastra optica pentru a evita erorile cauzate de praf si murdarie.

Protocol de comunicatie:

Conform documentatiei producatorului, datele sunt transmise in pachete binare, in format little-endian.

Distanta [mm] = Si >> 2

Unghi brut [°] = (FSA >> 1) / 64, respectiv (LSA >> 1) / 64. Unghiurile esantioanelor intermediare se obtin prin interpolare liniara intre FSA si LSA.

Fiecarui esantion i se aplica o corectie de unghi: corectie = arctan(19.16 x (d - 90.15) / (90.15 x d)), unde d este distanta in mm (corectie = 0 pentru d = 0). Corectia se scade din unghiul brut.

CS = 0x55AA ^ (CT | LSN << 8) ^ FSA ^ LSA ^ S1 ^ S2 ^ ... ^ Sn

Pachetele care incep cu A5 5A sunt pachete de informatii (modelul senzorului, versiunea firmware) si sunt transmise la pornire.

Tutorial:

Harta 2D in timp real, in Python, cu adaptor USB-UART FT232:

Necesar:

Senzor LiDAR M1C1 Mini.

Adaptor USB-UART FT232, cu jumperul de nivel logic setat pe 3.3V.

Sursa de 5V, minim 500mA recomandat.

Fire de conexiune.

PC cu Python 3.8 sau mai nou.

Conexiuni:

Nu alimentati senzorul din pinul VCC al adaptorului cand acesta este setat pe 3.3V. Tensiunea este insuficienta, iar curentul disponibil este redus. Folositi o sursa separata de 5V sau pinul de 5V al adaptorului, daca acesta il are disponibil separat.

Pasi:

Setati jumperul adaptorului FT232 pe 3.3V si realizati conexiunile din tabelul de mai sus, cu alimentarea deconectata.

Instalati bibliotecile necesare cu comanda de mai jos.

   pip install pyserial matplotlib

Conectati adaptorul la PC si identificati portul serial. In Windows, portul apare in Device Manager, sectiunea "Porturi (COM si LPT)", de exemplu COM5. In Linux, portul este de regula /dev/ttyUSB0, iar utilizatorul trebuie sa faca parte din grupul dialout.

Alimentati senzorul si asteptati ca rotatia sa se stabilizeze.

Rulati scriptul cu comanda de mai jos, inlocuind COM5 cu portul identificat. Daca portul nu este specificat, scriptul il alege automat. La pornire, scriptul testeaza vitezele de 115200 si 150000 baud si o foloseste pe cea la care primeste pachete valide.

   python m1c1_viewer.py COM5

In fereastra afisata, senzorul este marcat in centru, iar 0° este orientat in sus. In coltul din stanga sus sunt afisate viteza de comunicatie (Baud), numarul de rotatii pe secunda (Rev/s), numarul de puncte pe secunda (Points/s) si numarul de pachete valide si eronate (Packets OK si Packets BAD).

Depanare:

Script in sectiunea Download.