Medir distancia con precisión con Arduino y sensor láser VL53L0X y VL6180X Leave a comment

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El VL53L0X es un sensor de distancia infrarrojo láser de última generación, que podemos emplear junto con un procesador como Arduino para medir distancias de 50mm a 2000 mm de forma precisa. Para rangos más cercanos, la variante VL6180X tiene un rango de 5mm a 200mm.

El VL53L0X es capaz de operar incluso con elevada luz ambiental infrarroja, e incorpora un sistema de compensación de la medición que lo permite hacer funcionar incluso detrás de un cristal protector.

Es uno de los mejores sensores de distancia disponibles. Tiene una precisión superior que los sensores de ultrasonidos e infrarrojos, y no se ve alterado por las condiciones del ambiente como los ecos o la reflectancia de los objetos.

Por otro lado el ángulo de medición es relativamente estrecho. Esto es una ventaja en la mayoría de circunstancias, donde deseamos leer la distancia justo en frente del sensor. Aunque también puede ser una desventaja, por ejemplo, a la hora de detectar obstáculos.

Los sensores VL53L0X son algo más caros que otros sensores de distancia, aunque a cambio tiene unas prestaciones superiores. Podemos encontrar módulos con VL53L0X por 3,90€ en vendedores internacionales de eBay y AliExpress.

El VL53L0X es un sensor ToF (Time of flight). Su funcionamiento consiste en enviar un pulso láser de luz infrarroja y medir el tiempo necesario en el haz en volver al sensor.

El integrado incorpora un emisor laser 940nm VCSEL (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser), un detector SPAD (Single Photon Avalanche Diodes) y la electrónica interna (denominada FlightSenseTM) que realiza los cálculos necesarios.

El ángulo de medición o FOV (Field of View) es de 25º. Esto se traduce en un área de medición de 0.44m de diámetro a una distancia de 1m.

El rango de medición depende de las condiciones del entorno (interior, o exterior), de las características del objetivo y del modo de funcionamiento. En general, tenemos dos modos. El estandard es de 50 a 1200mm, y un modo ampliado hasta 2000mm. Para rangos más cercanos, la variante VL6180X tiene un rango de 5mm a 200mm.

Reflectancia objetivoConditionsIndoorOutdoor
Objetivo blancoTipico200cm80cm
Minimo120cm60cm
Objetivo grisTipico80cm50cm
Minimo70cm40cm

En cuanto a precisión, nuevamente depende del entorno, objetivo, y modo de funcionamiento. La siguiente tabla muestra valores típicos de rango y precisión según los distintos modos de funcionamiento del VL53L0X.

ModoTimingAlcancePrecisión
Default30ms1.2mVer tabla siguiente
Alta precisión200ms1.2m+/- 3%
Largo alcance33ms2mVer tabla siguiente
Alta velocidad20ms1.2m+/- 5%

Esto se traduce en las siguientes precisiones de referencia para los modos de funcionamiento estandard y de largo alcance.

IndoorOutdoor
Reflectancia objetivoDistancia33ms66msDistancia33ms66ms
Objetivo blancoa 120cm4%3%a 60cm7%6%
Objetivo grisa 70cm7%6%a 40cm12%9%

Que se sintetiza en la siguiente gráfica, para el modo de funcionamiento estandard.

 

Para mayor detalle consultar el Datasheet del fabricante, que incorpora información detallada sobre modos de funcionamiento, rango de medición y precisión, entre otros muchos datos interesantes.

La conexión de los módulos que integran el VL53L0X es sencilla, ya que la comunicación se realiza a través de I2C. Por tanto, simplemente alimentamos el módulo desde Arduino mediante GND y 5V y conectamos el pin SDA y SCL de Arduino con los pines correspondientes del sensor.

El esquema, visto desde Arduino, sería el siguiente.

Para realizar la lectura del sensor VL53L0X usaremos la librería desarrollada por Adafruit, disponible en este enlace.

La librería incorpora varios ejemplos de uso. El siguiente código toma lecturas de la distancia y muestra los resultados por puerto serie.


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