Как работает лазерный дальномер
Способ точного бесконтактного определения расстояния с выводом данных на дисплей, представляет собой сложную электронную схему. В основе конструкции лежит излучатель, приёмник, блок измерения времени и микропроцессор, чья совокупность позволяет нам в полной мере эксплуатировать лазерный дальномер. Устройство прибора, в более детальном разборе процессорных плат и модулей, имеет приличную сеть, чья структура лежит далеко за гранью понимания среднестатистического обывателя. Даже радиолюбители, увлекающиеся электроникой, собирают дальномеры из готовых элементов при помощи пайки и программирования.
Говоря по сути, принцип работы лазерного дальномера базируется на скорости света и времени прохождения луча до поверхности и обратно. Выпущенный из излучателя лазер, отражается от первого попавшегося на пути твердого объекта (даже с большим углом преломления), и частично возвращается к устройству, где его распознает принимающий модуль и фиксирует время, потребовавшееся ему для преодоления этого расстояния. Поскольку свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду или 29.2 сантиметров в микросекунду (мкс), то, зная затраченное на путь время, можно легко вычислить длину проделанного им пути. Таким образом, основная формула, используемая дальномерами, имеет следующий вид.
Представленный выше принцип, относиться к импульсным дальномерам, имеющим максимально широкое представление на рынке строительного инструмента. Данные приборы имеют приличную точность с погрешностью от 0.5 до 3-х мм, в зависимости от встроенного датчика приема сигнала, чья скорость обработки должна быть молниеносно быстрой.
Помимо импульсного, существует ещё фазовый способ измерения, все также основанный на лазере, но кардинально отличающийся по способу получения информации. В основе данного принципа лежит частота испускаемого лазера, которая не превышает 450 МГц (в среднем от 10 до 150). Вместо времени, здесь определяется разница фаз (исходящей и принимаемой), на основе которой рассчитывается расстояние до объекта. Фазовому дальномеру требуется больше времени для получения значения, но точность измерений превосходит импульсный.
Схема
Схема проста, часть деталей запаивается на макетной плате.
Через скользящие контакты от Arduino к датчику VL53L03X подключаются контакты +5В, земля и две линии интерфейса I2C (SCL и SDA). К датчику Холла подключается земля, +5В и вывод D8 от Arduino. Также между +5В и D8 устанавливается резистор на 10кОм.
На повышающего преобразователя подаётся 5В. На плате построечным резистором устанавливается выходное напряжение примерно 12В. Эти 12В с выхода стабилизатора подключаются к выводам «питание мотора» модуля драйвера моторов. Так же по линии 12В устанавливается электролитический конденсатор, который нужен что бы драйвер мотора работал без сбоев (на плате его может не быть совсем, а даже когда запаян керамический или танталовый конденсатор, его ёмкости обычно недостаточно). 5В подключается к выводам «питание логики» драйвера моторов. Не перепутайте, где выводы «питание логики» и «питание мотора», иначе драйвер может выйти из строя.
Платы бывают разные, иногда плюс питания для мотора обозначается, допустим надписью VMOT, а плюс питания логики обозначаться как VCC. Выводов GND на плате может быть один или несколько, в данном случае это не имеет значения.
Выводы STEP, DIR и EN от драйвера моторов подключаются к Arduino, а выводы RESET и SLEEP соединяются между собой.
На платах с драйвером моторов A4988 обычно запаян подстроечный резистор, им настраивается ограничение по току для шагового мотора. Ограничение тока для шаговых моторов очень желательно настроить. Если ограничить ток слишком сильно, мотор под нагрузкой или не сможет вообще проворачивать вал или будут пропуски шагов. Если задать слишком большой ток и источник питания способен будет его обеспечить, мотор будет греться или его обмотки просто сгорят. Так же это абсолютно ненужная нагрузка на источник питания. При питании от аккумулятора это приведёт к тому, что он будет быстрей разряжаться. При питании от USB (блока питания, порт компьютера или ноутбука и т.д.) в лучшем случае будет просто лишняя нагрузка, в худшем, когда блок питания или порт не рассчитан на такой ток и нет защиты, это даже может привести к выходу из строя блока питания или порта.
Вот и все. В качестве источника питания используется USB-кабель, подключенный к Arduino NANO.
Неисправности лазерного дальномера
Производство электронных измерительных приборов, подразумевает высочайшую точность сборки с обязательным контролем качества каждого изделия. Сложную конструкцию лазерных рулеток, стараются максимально изолировать от контакта с внешней средой и обезопасить от грубого физического воздействия. Поскольку эксплуатация устройств зачастую проходит в условиях повышенной опасности (в мастерских, на производствах или стой-площадках), они нередко подвергаются ударам и сильным вибрациям, способным нанести фатальный ущерб мельчайшим узлам устройства.
Читать также: Часовой токарный станок своими руками
Несмотря на общий принцип действия лазерных дальномеров, они зачастую имеют уникальный набор компонентов и программного обеспечения. Даже если корни неисправности будут схожими, то конструкция самой детали или схемы будет индивидуальной для каждой отдельно взятой модели. Проблемы физического характера, могут быть связаны с расфокусировкой лазерного луча, изломом откидной скобы, деформацией кнопок или корпуса. При желании и умелых руках, подобные дефекты можно устранить самостоятельно.
Ремонт электронных компонентов требует куда более специфичных навыков, и даже специального образования. Неисправности такого рода, часто выражаются в проблемах с включением устройства, дисплеем, приёмником сигнала, определением заряда батареи. Количество дефектов, пропорционально функционалу, которым оснащен конкретный дальномер. Ремонт прибора своими руками, в случае неисправной электроники, не удастся выполнить без определенных познаний, и лучше будет отнести его в специализированный сервис на диагностику.
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. |
Ремонт лазерного дальномера
Если повреждения несут в основном физический характер, а электроника работает исправно, прибор можно восстановить самостоятельно, при наличии желания и смекалки. В первую очередь необходимо установить источник проблемы, исходя из имеющегося дефекта. В данной теме, мы рассмотрим 2 случая поломок на конкретных моделях, и приведем рекомендации по их устранению.
В качестве первого пациента выступает дальномер Bosch DLE 50, с поврежденной фокусировкой луча в следствии падения со 2-го этажа. Вместо сконцентрированной точки, лазер принял форму фонарика с размытым пятном света. Измерительная способность устройства сократилась до 70 см, и при попытке измерения больших расстояний дисплей отображает ошибку “Error”. Задача заключается в калибровке фокусирующей линзы по отношению к измерительному каналу. Все элементы расположены внутри корпуса, поэтому разбирать необходимо.
Вполне вероятно, что производители модели Bosch DLE 50, исключили надобность в самостоятельном ремонте ещё на стадии проектирования. Корпус прибора, имеет всего 3 внешних резьбовых соединения (2 под батарейками и 1 на откидной скобе), в то время, как остальные элементы спаяны или приклеены. Разумеется, в гарантийном сервисе, разборка и сборка подобного монолита происходит без проблем, однако в быту этот процесс может вызвать затруднение. Потребуется паяльник, для отсоединения контактов питания, и термофен, для снятия приклеенной клавиатуры. Все соединительные элементы, представлены на приведенных ниже фотографиях, в порядке разборки инструмента.
Добравшись до линзы и блока привода штоки, можно приступать к фокусировке. Для этого отмеряем расстояние от 5 до 15 метров (чем больше, тем лучше), и в конце дистанции, располагаем ровный объект с хорошим отражением. Подключаем лазер к источнику питания (преобразователю) и начинаем аккуратно шевелить линзу, пока пучок света не примет вид точки. Процесс настройки достаточно кропотливый и стоит запастись терпением. При достижении оптимальной фокусировки, линзу следует зафиксировать термоклеем. Таким образом, можно продлить срок службы дальномеру с поврежденным лазером.
В качестве второго примера, рассмотрим поломку откидной скобы прибора того-же бренда “Bosch”, по уже под маркой “GLM 80”. Пластиковый элемент сломан пополам и подлежит замене. Крепление скобы к инструменту осуществляется винтом, поэтому процесс извлечения старой и установки новой детали, не составит труда. Загвоздка заключается в поиске и приобретении замены. Можно заказать новый крепежный комплект, который обойдется порядка 400 рублей (для данной модели), и с большой вероятностью будет доступен в крупных мегаполисах.
Альтернативным вариантом будет изготовление детали посредством печати на 3D-принтере. В таком случае, требуется провести точные измерения всех граней скобы и создать трехмерную модель в программе “Tinkercad” или ей подобной. Если у вас нет опыта моделирования, можно отнести лист с измерениями и сломанную деталь в ближайший сервис, где предоставляют услуги 3D-печати. Качество подобного изделия сравнимо с обычным гибким пластиком, чего вполне хватает для выполнения поставленных задач.
В большинстве случаев, ремонт лазерных дальномеров требует индивидуального подхода к каждой отдельно-взятой поломке. Разбор всех возможных неполадок займет объем стандартного учебника, что не возможно уместить в одну статью ознакомительного характера. Если вы хотите определить причину или узнать способ устранения поломки, изложите симптомы устройства к комментариях ниже. Наш мастер обязательно подскажет, где и как следует разбираться. Если же вы не уверены в своих навыках или терпении, то лучше всего будет обратиться в специализированный сервис.
DIY Ультразвуковой дальномер — Набор для сборки.
Всем доброго времени суток! Предлагаю на Ваш суд обзор очередного набора сделай сам из Китая. на этот раз собираем дальномер, диапазон измерений от 25 до 400 см. Набор приезжает в небольшом пакете, внутри есть инструкция (правда по большей части на китайском), на удивление даже со схемой и небольшая кучка деталей.
Плата, которую предстоит спаять, сделана не плохо, но номиналы компонентов не подписаны, так что без инструкции с табличкой соответствия номиналов обозначениям будет сложновато.
Кратко про элементную базу.
Контроллер STC11F02, CD4069 сборка инверторов.
CX20106A судя по описания из тех что я смог найти это предусилитель для приемника ИК сигналов пультов дистанционного управления. Рядом резисторная сборка.
Набор конденсаторов, кварц на 12 МГц и транзистор 8550
Резисторы, разъемы, кроватка под микросхему и бипер.
Ну и конечно дисплей.
А еще в пакете есть ярлык контроля ОТК с датой упаковки, ну или что-то похожее на это.
Приступаем к сборке. Деталей немного и сборка много времени не занимает, но есть пару моментов. Первое это резисторы, обычно в таких наборах резисторы идут в комплекте с бумажками где указан их номинал, тут такого нет, так что нужна либо таблица цветовой маркировки, либо мультиметр. А еще на схеме есть два резистора, один на 4,7 Ом, а второй 4,7 кОм и если не присматриваться к номиналу можно легко перепутать, как я и сделал
Второй момент — это конденсаторы, в схеме используется четыре конденсатора с маркировкой 104, а в комплекте идет две пары разных конденсаторов.
Почему именно так поступил производитель я честно не понию (может кто пояснит в коментах?), на мой взгляд тут эти конденсаторы должны работать одинаково, но на всякий случай решил посмотреть на картинку на странице заказа и разместить так как задумал создатель набора.
Дальше сборка идет просто и опять приостанавливается только на установке передатчика и приемника ультразвука. Первый вопрос — это их положение, на странице товара написано, что устанавливать их нужно навесным монтажом, не подрезая выводы и так что бы корпус не касался платы. Одним словом, как-то так.
А еще нужно максимально соблюдать параллельность установки. Еще был вопрос с полярностью, но он решается даташитом на датчики или все той же картинкой с сайта магазина И вот так сказать готовый продукт.
Подключаем к PowerBank и можно начать тестирование. После включения дальномер сразу начинает измерять расстояние и выводить результат на экран, при этом каждое измерение подтверждается пиканьем бипера. Так что первое что захотелось сделать после включения, опять взять паяльник и выпаять нафиг бипер, его постоянный писк раздражат. Но попробую все-таки сравнить результаты с лазерным дальномером. Для начала расстояние до стены в сравнении с лазерным. С одной стороны УЗ вроде бы врет на 6 см, но с другой стороны, я так и не понял какая точка отсчета в него заложена.
Теперь тест до потолка. Тут разница опять-таки примерно в 6 см.
Небольшой вывод: Если одним словом, то набор рабочий и не особо сложный для сборки. Правда не знаю можно ли практически куда-то применить полученное устройство
Заранее приношу свои извинения за орфографию и грамматику текста, все допущенные ошибки сделаны не специально, а только по незнанию и в связи с несовершенством программ автоматической проверки текстов.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
