【核桃派1B 开发板试用体验】激光声纳双雷达对比测试

倒车雷达的核心原理是距离检测，距离检测目前常用的有两种方案，一种是通过激光进行检测，原理上可分为TOF，也就是记录发射激光和收到激光之间的时间间隔；第二是三角测距法，利用固定的激光发射角度，看反射回来激光的落点落在CCD传感器的位置来进行测距。无论基于哪种原理，激光测距技术共同的优点都是精度比较高，对被测物体尺寸，形状要求小。但缺点也很明显，激光测距视场非常窄，只能测一条线上的障碍物，如果障碍物并不在激光头的正前方，则无法测量。

另一种方案是超声波测距方案，也就是我们熟知的声纳。原理上和上面提到的TOF一致，都是测量发射信号和接收到反射信号之间的时间，以此来计算速度。但超声波由于频率较低，速度较慢，在不同介质中传播速度不一致，同时衍射现象较为明显。这些特性导致超声波测距的精度并不高，但优势是视场较宽，可以检测更大的范围。

从上面的介绍可以看出，两种方案的优缺点正好可以相互互补，因此我会结合两种方案，在实际中验证上述差异，并结合他们的优点，制作一个高精度雷达。

首先先说说激光雷达的使用方法。项目中我使用的激光雷达是VL53L0X。

我们先要在python中安装必要的驱动库：

pip3 install adafruit-circuitpython-vl53l0x

安装完成后，将VL53L0X连接到核桃派的I2C1接口上，接线方式如下：

SCL: PI7

SDA: PI8

VCC: 3.3V

GND: GND

完成连线后，新建一个python文件，写入以下代码：

import board
import time
import busio
import adafruit_vl53l0x
i2c = busio.I2C(board.SCL1, board.SDA1)
sensor = adafruit_vl53l0x.VL53L0X(i2c)

lazer_val = sensor.range
print("Lazer: {0} mm".format(lazer_val))

然后使用python来运行它，如果一切顺利，应该就可以看到一下输出

下面我们再试一下超声波传感器。市面上常见的超声波传感器有SR-04和US-100两种。其中US-100支持串口输出，温度测量，精度范围也更好，但实际体验下来差别不大。因此这里我们使用最经典的TRIG-ECHO触发方式来进行通讯。

首先安装库文件：

pip3 install adafruit-circuitpython-hcsr04 adafruit-circuitpython-us100

接下来是接线：

TRIG: PI6

ECHO: PI5

VCC: 3.3V

GND: GND

接着在我们刚才创建的文件中加入以下内容：

import adafruit_hcsr04
sonar = adafruit_hcsr04.HCSR04(trigger_pin=board.PI6, echo_pin=board.PI5)
sonar_val = int(sonar.distance*10)
print("Sonar: {0} mm".format(sonar_val))

由于这次涉及到了GPIO的硬件使用，因此我们需要用sudo python来运行它，如果一切顺利，应该就可以看到一下输出：

接着我们测试一下雷达特性：

可以看到在距离较短时，激光雷达所得测量值更精准，也更小。在此时参考激光雷达的读数会更为保守。

而当障碍物不在雷达正前方时，我们可以看到声纳依旧可以检测到物体，但激光雷达检测不到，显示的距离远大于声纳读数。

因此我们可以结合上面两个结果，只要其中任意读数低于100，就响起警报。警报使用的是GPIO控制有源蜂鸣器实现。这里需要注意的是，蜂鸣器不可直接用GPIO驱动，如果直接驱动，不但功率低声音小，还有一定损坏GPIO的风险。我们要使用三极管或mos管来驱动蜂鸣器。

接线方式如下：

5V: 5V

signal: PC8

GND: GND

完整代码如下：

import board
import time
import busio
import adafruit_vl53l0x
i2c = busio.I2C(board.SCL1, board.SDA1)
print(i2c.scan())
sensor = adafruit_vl53l0x.VL53L0X(i2c)

import adafruit_hcsr04
sonar = adafruit_hcsr04.HCSR04(trigger_pin=board.PI6, echo_pin=board.PI5)

from digitalio import DigitalInOut, Direction, Pull
buz = DigitalInOut(board.PC8)
buz.direction = Direction.OUTPUT

while True:
    try:
        time.sleep(0.5)
        lazer_val = sensor.range
        sonar_val = int(sonar.distance*10)
        print("Lazer: {0} mm".format(lazer_val))
        print("Sonar: {0} mm".format(sonar_val))
        if lazer_val < 100 or sonar_val < 100:
            buz.value = 1
        else:
            buz.value = 0
    except:
        print("Retrying!")
    time.sleep(0.5)