Pololu Distance Sensor with Pulse Width Output, 50cm Max [pololu-4064]

本製品は、ホビー用のサーボ制御信号に似たパルス信号で50cm以内の物体の存在を検出するLiDARベースの小型距離センサです。
デジタルマイクロコントローラーのピンを用いて、各ハイパルスの長さを測り、測定された距離を出力することができます。
入力電圧範囲は3.0V〜5.5Vで、ピン間隔は2.54mmなので、はんだ付け不要の標準的なブレッドボードや2.54mmの配線基板で簡単に使用できます。

注意：最大測定距離50cmは、周囲の明るさが良好で対象の反射率が高い場合を想定しています。周囲の明るさが悪い、もしくは対象の反射率が低い場合は、最大測定距離が短くなります。

このコンパクトなセンサーは、デジタルパルス幅のインターフェースを用いて、約50cmまでの距離を測定できます。短距離LiDARモジュールによって、目に安全な赤外線レーザー光パルスが直近の物体に到達し、反射して戻ってくるまでの時間を成果に測定する、3mmの分解能を実現しています。このセンサーが有効である限り、継続して距離を測定し、範囲内を高パルスの幅として出力し、マイクロコントローラーが1つのデジタル出力でタイミングを取れるようになります。

測定距離d（単位：mm）とパルス幅t（単位：μs）の関係は以下のとおりです。

     d=3mm/4 µs ⋅(t –1000 µs)

     t=1000 µs+4 µs/3mm ⋅d

タイミングの不確かさは約±5%です。物体がセンサーに近づくと出力パルス幅は1.0msに近づき、50cm離れた距離で検出された物体のパルス幅は1.667msとなります。パルス周期Tは検出された物体の近さに応じて、約9msから20msの範囲で設定されます。

IRフィルタ未搭載のカメラで撮影した、Pololu Digital Distance Sensorが発する赤外線

 最大検出距離は、対象の反射率や周囲の明るさによって異なります。Pololu社のテストでは、白い紙を約50cm先まで、パンフレットを約30cm先まで確実に検知することができました。以下のグラフは、白い紙を異なる距離に複数設置し、5台のセンサーで測定した距離と実際の距離を示しています。

仕様

動作電圧：3.0 V〜5.5 V
消費電流： 有効時：30mA（標準値）、無効時：0.4mA
最大範囲： 約50cm（20インチ) 　物体の反射率や周囲の状況によって変化する可能性あり
最小更新頻度： 50Hz〜110Hz（20ms〜9ms周期)
視野角（FOV）： 15°（標準値）　物体の反射率や周囲の状況によって変化する可能性あり
出力形式： デジタルパルス幅
寸法： 0.85″ × 0.35″ × 0.122″ (21.6 × 8.9 × 3.1 mm); 詳細は 寸法図(192k pdf)をご覧ください。
重量：0.014オンス(0.4g)

センサーの使い方

このモジュールを使用するには、VIN、GND、OUTの3つの接続が必要です。これらのピンは、0.1インチピッチのスルーホールからアクセスでき、標準的な0.1インチ（2.54mm）のオス・メス型ヘッダー（別売）が使用できます。VINピンは3V〜5.5Vの電源に、GNDは0Vに接続します。センサーはOUT端子にデジタルパルスを出力します。パルスのLow/Highレベルは0V/VINです。また，物体が検出されると，基板裏面の赤色LEDが点灯します（距離が近いほど明るく光ります）。

ボードにはオプションでENABLEピンがあり、これをLowにすることで約0.4mAの低電力状態にすることができます。このピンは、シルクスクリーン上で "EN "と表示された裏面のビアまたは隣接する表面実装パッドからアクセスできます。ENABLE端子はVINにプルアップされており、デフォルトでは有効になっています。

他には、動作モードを決定する4つの表面実装構成ジャンパーがあります。様々なバージョンのPololu Digital Distance Sensorでは、適切なジャンパーに0Ωの抵抗があらかじめ挿入された状態で出荷されます。これらの抵抗器は、センサーを別のバージョンに変換するために、実装されているスポットからはんだを取り除くか、実装されていないスポットにはんだブリッジを追加することができます。以下の表は、各バージョンのジャンパー設定を示しています。このボードには、2番またはM2のネジを使用するための取り付け穴が1つあります。

Arduinoでパルス幅を出力する

Pololu社の製品ページから、本製品の出力を読み取り、測定した距離をミリ単位で表示するシンプルなAruduinoスケッチを確認できます。


MakeCode for micro:bitでパルス幅を出力する

シングルボードコンピューターのmicro:bitのMakeCodeで、本製品の出力を読み取って変換するサンプルプログラムがこちらです。MakeCodeのデバイスコンソールからも確認できます。 このリンクをクリックすると、micro:bitのMakeCodeエディタでプログラムを開くことができます。

製品シリーズ
Pololu Digital Distance Sensorには複数バージョンがありますが、寸法やピンアウトは全て同一です。

以下は、検出機能のみ搭載した3種のデジタル出力モデル(#4050、#4052、#4054)の出力グラフです。

計測距離をパルス幅で出力するモデル(#4604)では、出力グラフが少し異なります。このモデルの出力は、ホビー用のサーボ制御信号に似ており、時間の関数として以下のように示されます。

Sharp Digital Distance Sensorとの比較
Pololu Digital Distance Sensorは、当社のGP2Y0D8x及び専用のcarrior boardとピン配置などで互換性があり、同様に5cm、10cm、15cmの範囲で提供されています。つまり、生産中止となったSharp/Socleのセンサーをベースにした旧モジュールの代替品として使用できます。新型のセンサーはSharp製に比べて非常に薄いため、ゼロ距離地点がプリント基板に約7mm近くなり、赤外線の角度も広くなっています。以下は、2つを並べて比較したものです。