Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング㉓距離センサ VL53L0X

　Adafruitから入手したTOF（Time of Flight Distance）センサ VL53L0X（ST Microelectronics）を利用します。

	VL6180X	VL53L0X	VL53L1X	VL53L3CX	VL53L4CX	VL53L5CX
手段	赤外線	レーザー	レーザー	レーザー	レーザー	レーザー 4 x 4または8 x 8のマルチゾーン
分解能	20cmでは1mm、60cmでは3mm	-	-	1mm	-	-
最大測定距離	100mm	2m（反射面白色）	4m	3m	1mmから最大6m	4m
インターフェース	I2C	I2C（最大400kHz）	I2C（最大1MHz）	I2C（最大1MHz）	I2C（最大1MHz）	I2C（400kHz～1MHz）
動作電圧[V]	2.7～3.0	2.6～3.5	2.8V	2.6～3.5	2.6～3.5	I/O 1.8～3.3V
モジュール動作電圧[V]	2.7～5.5	３.3～5V 2.6～5.5V	3.3V	-	3.3/5	2.8/3.3V

●AdafruitのStemma QT/Qwiicボード

　VL53L0Xボード解説のページ

　Stemma QT/Qwiic（JST SH 4ピン）コネクタは2か所に装着されていて、どちらにつないでもかまいません。このコネクタを使ってI2Cで制御する場合、特に、ジャンパ線をつなぐなどは不要です。

　コネクタは、表と裏のどちらも差し込めそうですが、ピンが内部の上部に並んでいるので、差し込める方向は一意です。ロック機構はないですが、すぐに抜けるということはありません。

●距離センサVL53L0Xのおもなスペック

　VL53L0XのデータシートはこのWebページから

直接ビーム内をルーペで見ても問題の起こらないclass1のレーザー（940nm）
動作電圧　2.6～3.5 V
電流　19mA、スタンバイ時5uA
インターフェース　I2C（0～400kHz）
スレーブ・アドレス　0x29
測定距離　デフォルト・モードで約50mm ～ 1.2m、「長距離」モードでは、美しい白い反射面上で 1.5 ～ 2m
確度　白色室内120cm時；4%、室外60cm時；7%、灰色室内70cm時；7%、室外40cm時12%。いずれも10cm以上

●使用環境

Arduino UNO R4 Minima
Arduino IDE 2.2.1
Windows10 22H2

●接続

　Arduino UNO R4 MinimaのI2C信号とセンサ・ボードをJSTコネクタでつなぎます（Stemma QT/Qwiicボードの写真の比率は異なる）。

●スレーブ・アドレスを確認

　従来からよく使われているi2cScanner.inoを動かしてスレーブ・アドレスを確認します。電源は3.3Vです。

　0x29を見つけてきました。

●ライブラリの用意

　VL53L0Xで検索して、見つかったAdafruit VL53L0Xライブラリをインストールします。

　インストールを始めたとき、関連のライブラリや依存関係をインストールするかというパネルが出た場合は、全てをインストールを選びます。

●サンプル・スケッチ

　メニューのファイル->スケッチ例から、Adafruit_VL53L0Xのvl53l0x.inoを選択し、コンパイル、実行します。ボードは机の上に置いているので、センサは上を向いています。少し離れたセンサの上部で、紙を上下に動かしているところです。

●4桁の7セグメントLED表示器をつないで測定結果を表示する

　連載の第4回目の記事を参照しながら表示器を接続します。

Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング ④ 温湿度センサSi7021の測定結果を7セグメントLEDに表示

　スケッチです。

　7セグメントLED表示器は、第12回温湿度センサ SHTC3でスレーブ・アドレスが重なったので、デフォルトの0x70から、ジャンパのA0をショートして0x71に変更してあります。デフォルトのまま使うときは0x70で使ってください。


#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include "Adafruit_LEDBackpack.h"
#include "Adafruit_VL53L0X.h"

Adafruit_7segment matrix = Adafruit_7segment();
Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X();

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // wait until serial port opens for native USB devices
  while (! Serial) {
    delay(1);
  }
  
  Serial.println("VL53L0X + 7segmentLED");
  if (!lox.begin()) {
    Serial.println(F("Failed to boot VL53L0X"));
    while(1);
  }
  // power 
  Serial.println(F("VL53L0X API Simple Ranging example\n\n"));

  matrix.begin(0x71);
  matrix.setBrightness(0x05);  // default 0x0E
}


void loop() {
  VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;
    
  Serial.print("Reading a measurement... ");
  lox.rangingTest(&measure, false); // pass in 'true' to get debug data printout!

  float distanceMM = measure.RangeMilliMeter;

  if (measure.RangeStatus != 4) {  // phase failures have incorrect data
    Serial.print("Distance (mm): "); Serial.println(distanceMM);
    matrix.print(distanceMM, DEC);
    matrix.writeDisplay();
  } else {
    Serial.println(" out of range ");
    matrix.print("----");
    matrix.writeDisplay();
  }

  delay(500);
}

　実行例です。

●グラフィック・ディスプレイに測定結果を表示

　次の記事を参考に、グラフィック・ディスプレイに測定した距離を表示します。

　　Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング ⑤ 温湿度センサSi7021の測定結果をグラフィック・ディスプレイに表示

　スケッチです。


#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include "Adafruit_VL53L0X.h"

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
#define OLED_RESET    -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
#define SCREEN_ADDRESS 0x3D ///< See datasheet for Address; 0x3D for 128x64, 0x3C for 128x32
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X();

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // wait until serial port opens for native USB devices
  while (! Serial) {
    delay(1);
  }
  
  Serial.println("VL53L0X + 7segmentLED");
  if (!lox.begin()) {
    Serial.println(F("Failed to boot VL53L0X"));
    while(1);
  }
  // power 
  Serial.println(F("VL53L0X API Simple Ranging example\n\n"));

  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS);
  display.clearDisplay();
  display.drawRect(0, 0, display.width(), display.height(), SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);                // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);   // Draw white text
  display.setCursor(3,3);
  display.println("Distance (mm): ");
  display.display();
  delay(200);
}

void loop() {
  VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;
    
  Serial.print("Reading a measurement... ");
  lox.rangingTest(&measure, false); // pass in 'true' to get debug data printout!

  float distanceMM = measure.RangeMilliMeter;

  if (measure.RangeStatus != 4) {  // phase failures have incorrect data
    Serial.print("Distance (mm): "); Serial.println(distanceMM);
  display.setTextSize(2);   // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(10,17);
  display.fillRect(1, 17, 116, 44, SSD1306_BLACK);
  display.println(distanceMM);
  } else {
    Serial.println(" out of range ");
  display.setTextSize(2);   // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(10,17);
  display.fillRect(10, 17, 100, 40, SSD1306_BLACK);
  display.println("out of range");
  }

  display.display();
  delay(500);
}

　実行例です。

Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング ㉓ 距離センサ VL53L0X

Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング㉓距離センサ VL53L0X