Лазерный дальномер своими руками: Что такое лазерный дальномер и как им пользоваться

Содержание

Что такое лазерный дальномер и как им пользоваться

Компактное устройство, пришедшее на смену механическим рулеткам. Способно моментально выполнять точные измерения и сложные расчеты, быстро и без помощи напарника, держащего край ленты в нужной точке. В данной теме, мы коротко и ясно расскажем, что такое дальномер, какие он имеет разновидности, конструкцию и функционал, а по завершению разбора устройства, расскажем, как им пользоваться.

Что такое дальномер

Вне зависимости от великого многообразия видов и моделей, портативный дальномер — это всегда компактное устройство с автономным источником питания, измеряющее расстояние от себя до ближайшей точки, на которую направлено. По принципу работы, все бесконтактные измерительные приборы делятся на 2 группы:

Активные – определяют расстояние до точки с помощью звукового, светового или лазерного луча, испускаемых прибором. Дойдя до ближайшего препятствия, фотоны света или звуковая волна, отражаются и направляются обратно к дальномеру. Чувствительный датчик мгновенно улавливает полученный сигнал, получая максимально точное время в микросекундах (мкс). Поскольку скорость звука и света общеизвестна ещё по школьным урокам физики, определение расстояния, сводиться к банальному делению.

Например, свет проходит 1 см за 29.2 мкс, а выпущенный нами луч, вернулся через 292 мкс. Следовательно, для получения расстояния, делим 292 на 29.2 и получаем 10 см, которые делятся ещё пополам, поскольку луч проходит один путь дважды (от излучателя и к нему). В результате такой элементарной формулы, определяется расстояние, выводимое на дисплей устройства.
Пассивные – производят вычисления на основе равнобедренного треугольника, где искомое расстояние является его высотой (h), а длина основания заведомо известна. Данный принцип с формулой расчета, представлен ниже и лежит в основе оптических, монокулярных, нитяных и стереоскопических дальномеров. Подобные устройства применяются в геодезии, охоте, спорте и туризме, где измерения начинаются от 500 метров и переваливают за 2 километра.

В данной статье, дальномеры пассивного действия, представлены для ознакомления, как крупная группа измерительных устройств. В точных строительных работах, такие устройства, не используются.
Поскольку тема статьи посвящена разбору простых и компактных измерительных приборов для строительства, заострим внимание именно на них. Лазерный дальномер предназначен для исключительно точных измерений с погрешностью 1-3 мм, на 5-10 метров (в зависимости от модели). Инструмент успешно используется в строительстве, монтаже и ремонте.
Принцип действия лазерной рулетки может быть основан на импульсном или фазовом методе. Первый, вычисляет расстояние на основе времени прохождения импульса от дальномера к поверхности и обратно. Фазовый метод измерения устроен сложнее и основан на различии испускаемых и принимаемых лучей. Такие дальномеры определяют расстояние немного дольше импульсных, но получают более точные показания и стоят дешевле.

Конструкция лазерного дальномера

Имея даже поверхностное понимание, что такое лазерный дальномер, можно с уверенностью заключить, что при всем многообразии расцветок и элементов оформления, прибор практически всегда выполняется в единой концепции.

Визуально и по габаритам, устройство схоже с кнопочным мобильником с лазерным излучателем на верхнем торце (где, на Nokia 1616, расположен фонарик). Правда, в отличии от разнообразных форм телефонов, корпус лазерной рулетки зачастую имеет меньше округлых или кривых граней. Ровность кирпича и полная перпендикулярность боковых граней корпуса исходящему лучу, необходима для удобства измерения.
Бюджетные устройства, зачастую оснащаются LCD-дисплеями с подсветкой, где может отображаться от одной до 4-х строк данных и различные элементы (индикатор батареи или активированная функция). Более дорогие устройства имеют жидкокристаллические дисплеи с приличной гаммой цветов, использующихся для элементов интерфейса и функции визира со встроенной камерой.
Количество кнопок на панели зависит от функционала, и составляет от 2 до 10 и более. За измерение, в большинстве случаев, отвечает центральная кнопка, выделяющаяся от остальных. Далее по распространенности идет кнопка выключения и стирания данных.

На более продвинутых аппаратах, есть кнопки сохранения и загрузки измерений, сложение и вычитание, подсветка и управление многочисленными возможностями, которые разбираем ниже.

Функционал

В эпоху технологического прогресса наивно полагать, что возможности лазерного дальномера ограничатся одним лишь измерением расстояния. Даже относительно недорогие устройства включают в себя приличный арсенал формул и модулей, позволяющих определять периметр, площадь и даже объем исследуемых объектов. Простые приборы, с единственной функцией измерения, тоже встречаются, но даже в самом бюджетном сегменте попадаются все реже. Наибольшее количество возможностей сосредоточено в профессиональных дальномерах, представляющих собой сконцентрированную кладезь теорем, для разнообразных расчетов. Далее конкретно о каждой функции.
Площадь и объем могут вычисляться стандартным способом, путем измерения каждой грани прикладыванием прибора, или же из одной точки со стороны. Функция полезна для отделочных работ, поскольку значительно облегчает и ускоряет расчет количества требуемого материала.

Уровень пригодиться для самых разнообразных строительно-монтажных и ремонтных работ. Оснастка может быть выполнена в роли обычного ватерпаса, установленного на корпусе инструмента или в качестве внутреннего модуля, выводящего градус угла на дисплей.
Скобы откидного типа позволяют производить диагональные измерения из углов, где невозможно плотное прилегание корпуса дальномера. В некоторых моделях, данную функцию выполняют выдвижные штыри, располагающиеся внутри корпуса.
Сохранение данных значительно облегчают работу с большими проектами, избавляя от необходимости ведения записей в блокноте. Возможность, в любой момент, поднять десяток-другой старых замеров, может выручить как на рабочем месте, так и в магазине стройматериалов.
Передача данных на пк или смартфон, в основном осуществляется через кабель, однако все больше моделей начинают оснащаться Bluetooth-модулем. Измерения могут передаваться в стандартных текстовых форматах, или загружаться в специальные программы, где могут быть преобразованы в полноценный чертеж проекта.

Непрерывное измерение превращает дальномер в настоящую лазерную рулетку, обновляющую расстояние до цели в режиме реального времени. Функция позволяет легко отмерять части нужной длины и помогает проверять неровности покрытия.
Визир представляет собой увеличительную оптику, для точного наведения луча на расстояния более 15 метров. В профессиональных моделях, функция имеет вид камеры, выводящей на дисплей картинку с точкой прицела посередине.
Измерение высоты позволяет получить точные данные о размерах дома или длине дерева, при измерении со стороны. Достаточно отмерить расстояние от дальномера до основания, и до конечной точки. На основе полученных данных и углов, устройство рассчитывает высоту. Для максимальной точности, подобные измерения рекомендуется производить на неподвижном штативе, с использованием визира.

Как пользоваться лазерным дальномером

Первоочередная задача любого лазерного дальномера, сводиться к упрощению и ускорению процесса измерения.

Производители стараются сделать эти приборы максимально удобными и интуитивно понятными, однако большинство моделей имеют уникальный дизайн со своей системой управления, требующей индивидуального ознакомления. Для облегчения изучения, каждое устройство комплектуется руководством, объясняющим, как пользоваться лазерным дальномером конкретной модели. К сожалению, не каждый мануал имеет наглядное, подробное написание на русскоязычном языке, поэтому разберем основные кнопки и команды, за которые они отвечают.
Вне зависимости от модели прибора, в его арсенале есть как минимум 2 кнопки: для измерения и для отчистки дынных, которая зачастую отвечает ещё за выключение аппарата. Чем модель более наворочена, тем объемнее клавиатура. Со сложностью появляются кнопки подсветки, сложения / вычитания результатов, нахождения площадей и объемов, сохранения данных. На устройствах с интерфейсом имеются кнопки навигации по меню. Для большей наглядности, ниже представлена инструкция на лазерный дальномер на примере 2-х разных приборов.

Главный обобщающий фактор, единственный, неизменный для всех моделей, заключается в принципе эксплуатации устройства. Нулевая точка отсчета расстояния, приходиться на нижний торец прибора. К примеру, чтобы измерить расстояние между стенами, прикладываем прибор перпендикулярно одной, чтобы лазерный луч был направлен на другую. Если требуется получить размер доски, совмещаем край инструмента с краем измеряемого объекта, с противоположной стороны которого ставим любой элемент отражения лазерного луча. Для получения площади, измеряем помещение в длину и ширину, перемножая полученные данные, а при необходимости, умножаем на высоту, для вычисления объема. Основы эксплуатации дальномера, наглядно продемонстрированы в видеоролике, приведенном ниже.

Сохраните эту страницу в своей соц.

сети и вернитесь к ней в любое время.

Самодельный фазовый лазерный дальномер

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.

3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.

Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм).
Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.
Расстояние определяется по формуле:

Где с — скорость света, f — частота модуляции лазера, фи — фазовый сдвиг.

Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.

Если частота модуляции равна 10МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.
При превышении этого расстояния возникает неоднозначность — невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.
Самый простой случай — использование двух частот, на низкой приблизительно определяют расстояние до объекта (но максимальное расстояние все равно ограничено), на высокой определяют расстояние с нужной точностью — при одинаковой точности измерения фазового сдвига, при использовании высокой частоты точность измерения расстояния будет заметно выше.

Так как существуют относительно простые способы измерять фазовый сдвиг с высокой точностью, то точность измерения расстояния в таких дальномерах может доходить до 0. 5 мм. Именно фазовый принцип используется в дальномерах, требующих большой точности измерения — геодезических дальномерах, лазерных рулетках, сканирующих дальномерах, устанавливаемых на роботах.
Однако у метода есть и недостатки — мощность излучения постоянно работающего лазера заметно меньше, чем у импульсного лазера, что не позволяет использовать фазовые дальномеры для измерения больших расстояний. Кроме того, измерение фазы с нужной точностью может занимать определенное время, что ограничивает быстродействие прибора.

Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты.

Пример структурной схемы дальномера с гетеродином. М — генератор сигнала модуляции лазера, Г — гетеродин.

Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается.

Более подробно (с всеми нужными формулами) этот метод рассматривается здесь (на английском) и здесь (на русском).
В первой статье указывается, что если частота дискретизации сигнала (fsp) связана с частотой модуляции (fo) следующим соотношением:

где p — целое число, то процесс вычисления фазы значительно упрощается.
Достаточно взять N выборок сигнала X[i], после чего разность фаз можно вычислить по следующим формулам:

Отмечу, что оба вышеуказанных метода часто применяются вместе — низкочастотные сигналы подаются напрямую на АЦП, высокочастотные переносятся в область более низких частот гетеродинным мотодом, и также подаются на АЦП.

Именно второй вариант фазометра, с использованием частоты модуляции 10МГц я и решил реализовать в своем макете дальномера.

Практика

Структурная схема моего дальномера:

Фактически, вся конструкция состоит из 3 частей — отладочной платы с микроконтроллером, усилителя сигнала лазера с самим лазером, и фотоприемника с усилителем и фильтром.
В вышеописанной теории предполагалось, что излучение лазера модулируется синусоидальным сигналом. Сформировать такой сигнал частотой 10Мгц с использованием контроллера непросто, поэтому в своей конструкции я подаю на лазер меандр частотой 10МГц. После усиления сигнала с фотоприемника от полученного сигнала отсекаются лишние гармоники полосовым LC-фильтром, настроенным на частоту 10МГц, в результате чего на выходе фильтра возникает сигнал, очень близкий к синусоидальному.

Схема аналоговой части (усилителя лазера и приемной части):

Схема была взята из проекта лазерной связи Ronja, описание на русском.

В этом проекте как раз реализована передача данных со скоростью 10Mbit, что соответствует выбранной частоте модуляции.
Как видно из схемы — усилитель мощности для лазера простейший, собран на микросхеме 74HC04 (содержит 6 инверторов). Включение микросхемы не совсем корректное, но оно работает. Ток через лазер ограничивается резисторами (тоже не самое лучшее решение). Напряжение питания 5В для усилителя берется с отладочной платы.
Для того, чтобы сигнал с усилителя не наводился на остальную часть схемы, корпус усилителя сделан металлическим, все провода экранированы.
Сам лазер (красного цвета) взят из пишущего DVD-привода, его мощность можно установить достаточно высокой, и он гарантированно будет работать на частоте 10МГц.

Приемник состоит из фотодиода и усилителя, собранного на полевом транзисторе и микросхеме-высокоскоростном усилителе. Так как с увеличением расстояния освещенность фотодиода сильно падает, то усиление должно быть достаточно большим (в этой схеме оно примерно равно 4000). Кроме того, с ростом частоты заметно падает сигнал на выходе фотодиода (сказывается его емкость). Отмечу, что усилитель в данной конструкции — важнейшая и наиболее капризная часть. Как оказалось, его усиления явно не хватает. Изначально я предполагал, что коэффициент усиления можно будет менять (чтобы ослаблять сигнал при его слишком большой величине), используемая схема позволяет это делать, меняя напряжение на втором затворе транзистора. Однако оказалось, что при изменении усиления достаточно сильно изменяется вносимый усилителем сдвиг фаз, что ухудшает точность измерения расстояния, так что пришлось установить коэффициент усиления на максимум, подавая на затвор транзистора напряжение 3В с батарейки.
Приемнику для работы требуется напряжение 12В, так что для его питания приходится использовать отдельный блок питания.
Усилитель очень чувствителен к внешним наводкам, так что он тоже должен быть экранированным. Я взял готовый корпус от нерабочего оптического датчика, и разместил усилитель в нем (белая полоска — фольга для дополнительного экранирования фотодиода):

Отмечу, что наводка сигнала от лазера на приемник довольно сильно ухудшает точность измерения разности фаз, так что нужно контролировать, чтобы такая наводка отсутствовала.

LC-фильтр, используемый в дальномере — взят от приемника. Так как фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала, а АЦП отрицательные сигналы не воспринимает, то ее приходится добавлять при помощи резисторного делителя R15, R16. Постоянное напряжение, подаваемое на делитель, берется c отладочной платы (VCC).

Отладочная плата — STM32F4-DISCOVERY. Ее выбрал потому, что для формирования двух достаточно различающихся частот нужен генератор достаточно высокой частоты (PLL STM32F4 может давать частоты больше 100МГц).
В формуле, связывающей частоту модуляции и дискретизации, коэффициент «p» я принял равным 6, так что при частоте модуляции 10МГц частота дискретизации должна быть 1.6МГц.

Для формирования частоты 10МГц используется таймер TIM2, работающий в режиме формирования ШИМ сигнала. При системной частоте 160МГц его период — 16 «тиков».
АЦП получает запросы на запуск от таймера TIM2. Для формирования частоты 1.6МГц его период — 100 «тиков». Все данные от АЦП при помощи DMA сохраняются в массив, размер которого должен быть равен двойке в N степени. Оба таймера, АЦП и DMA запускаются один раз при включении и больше уже не отключаются. Таким образом, так как таймеры тактируются от одного источника, а одному периоду измеряемого сигнала соответствуют четыре выборки данных, получается, что в массив всегда попадет целое число периодов сигнала.
Так как останавливать DMA не желательно (это упрощает управление захватом данных), при заполнении первой половины массива генерируется прерывание. Обнаружив, что половина массива заполнена, контроллер копирует ее содержимое в другой массив (в целях упрощения программы вторая половина основного массива при этом не используется). После этого полученные данные обрабатываются — вычисляется средняя амплитуда и фаза сигнала, проводится пересчет фазового сдвига в расстояние.
Полученные величины выводятся на ЖК индикатор от кассового аппарата, также подключенный к отладочной плате.

Дальномер должен знать где находится начало отсчета. Для его калибровки при включении на «нулевом» расстоянии от дальномера устанавливается объект, после чего на отладочной плате нужно нажать кнопку, при этом измеренное значение дальности записывается в память, после чего это значение будет вычитаться из измеренной дальномером дальности.

Как я уже отмечал выше, реализовать автоматическое управление усилением не удалось. При этом изменение амплитуды принятого сигнала приводит к изменению фазовых сдвигов в усилителе, и следовательно, к дополнительным ошибкам.
Поэтому мне пришлось регулировать освещенность фотодиода при помощи механической заслонки, поворачиваемой сервоприводом — при слишком большой освещенности заслонка перекрывает световой поток. ШИМ сигнал для управления приводом формируется таймером TIM3.

Про оптику. Без нее дальномер невозможен. Ее конструкция хорошо видна на фотографиях ниже. Лазер находится внутри пластиковой трубки, установленной вертикально. В нее вставлена небольшая втулка с зеркальной призмой. Втулку можно поворачивать, поднимать и опускать, перемещая таким образом луч лазера. Так как я догадывался, что усиления не хватит, то для приема сигнала использовал крупную линзу Френеля.
Так так лазер, линза и фотодиод установлены соосно, то на близких расстояниях лазер закрывает от фотодиода собственный луч. Для компенсации этого эффекта я установил вторую линзу (лупа с оправой), хотя полностью эффект не устраняется, поэтому максимальный сигнал наблюдается на расстоянии примерно 50-70 см от лазера.

А вот и фотографии получившейся конструкции:

На индикаторе первое число — амплитуда в единицах АЦП, второе число — расстояние в сантиметрах от края доски.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:

Как видно, расстояние до отражателя — 6.4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера — 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз — 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять — на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов — у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность — довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Программа контроллера: ссылка

Автор: iliasam

Источник

Самодельный сканирующий лазерный дальномер

В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.

Зачем нужен сканирующий дальномер?

На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.

Самодельный дальномер

Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
Первая версия дальномера:

Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние.
Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:

Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка.
Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:

Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

Электроника

В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые.
В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:

Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.

Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
В результате у меня получилась такая схема:

Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.
3D рендер разведенной печатной платы:

Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):

В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:

Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).

Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

Механическая часть

После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.
Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:

Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

Силиконовая форма для отливки этой детали:

Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
Вот так выглядит основание дальномера снизу:

Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:

Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

Вот так выглядит собранный дальномер:

Вид сверху:

Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:

Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

Эволюция самодельных дальномеров:

Габаритные размеры получившегося дальномера:
Размер основания: 88×110 мм.
Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:

Расстояние	Разброс
1 м	<1 см
2 м	2 см
5 м	7 см

Стоимость изготовления дальномера:

	DIY, $	Опт., $
Основание
Пластина основания	1,00	0,50
Двигатель	0,00	1,00
Подшипник	1,50	1,00
Щеточный узел	7,50	5,00
Крепежные детали	0,00	2,00
Сканирующая головка
Контроллер STM32F303CBT6	5,00	4,00
Фотоприемная линейка	18,00	12,00
Остальная электроника	4,00	3,00
Плата	1,50	0,50
Объектив	2,00	1,50
Держатель объектива	1,00	0,50
Лазер	1,00	0,80
Пластиковые детали	3,00	2,00
Крепежные детали	0,00	1,00
Сборка	0,00	20,00
Итого:	45,50	54,80

В первой колонке — во сколько дальномер обошелся мне, во второй — сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

Программная часть дальномера

Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше — 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов — экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП — 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode — Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:

Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

Структурная схема программы дальномера:

Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести — с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

Использование дальномера

Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе — он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:

Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

Длина стороны клетки — 1 метр.

После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер «видит» мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

ROS позволяет объединять несколько программ («узлов» в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую «направить» робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

Видео работы дальномера:

Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:

Исходные коды программы контроллера

Автор: iliasam

Источник

Лазерный дальномер своими руками (видео)

Итак, что же такое дальномер лазерный своими руками? Данное приспособление используется во многих сферах жизни человека. Им еще пользуются геологи и геодезисты. Это устройство можно использовать везде, где требуется произвести замеры расстояния с абсолютной точностью. По этой причине широкую популярность получили лазерные дальномеры, у которых высокие показатели точности и надежности. А можно ли соорудить такое устройство собственными руками?Такой дальномер выполняет измерения благодаря световым потокам. Сигналом выступает электромагнитное излучение, которое окрашено в нужный цвет. Зачастую оно бывает красным. По законам физики скорость света значительно выше скорости звука, поэтому время измерения равного промежутка будет отличаться.

Устройство лазерного дальномера.

Главные причины для установки лазерного дальномера

Использовать рулетку в некоторых случаях неудобно. За последнее десятилетие предпочтение отдается электронным устройствам.

Они работают по принципу бесконтактного способа.

Данное устройство состоит из следующих элементов: платы, микроконтроллера, усилителя сигнала лазера, лазера, фотоприемника, фильтра.
Лазерное излучение образовывается с помощью синусоидального сигнала. Его сложно получить, если частота 10 МГц. Рекомендуется использовать меандр с необходимой частотой. При усилении сигнала, который приходит из фотоприемника, нужно убрать ненужные гармоники специальным полосовым фильтром, работающим на частоте 10 МГц. На выходе образовывается сигнал, который напоминает синусоидальный.

Принцип работы лазерного дальномера

Схема работы лазерного дальномера.

Его принцип является очень простым. Это приемо-передающий прибор, излучающий и принимающий лазерный импульс, который отражается от поверхности.

Однако само по себе это устройство является сложным.

Важными моментами этого устройства являются многофункциональность, максимальный и минимальный промежуток выполнения измерений, точность устройства, воздействие внешних факторов на качество результатов.

Далее будет рассмотрено, как делается лазерный прибор для измерения расстояния.

Выполнение лазерного дальномера своими руками

Такое устройство может находить свое применение, если требуется определить промежуток до объекта, к которому очень сложно добраться.
Список необходимых инструментов и материалов:

Лазерный дальномер из веб камеры.

ножницы для работ с металлом;
полоски из железа;
2 лазерные указки;
линейка;
доски;
инструмент для столярных работ.

Чтобы выполнить лазерный дальномер своими руками, нужно сначала взять ровную доску из древесины и укрепить на второй доске. Такая конструкция станет основанием для последующего устройства. Оно должно получиться ровным и стоять устойчиво.

Затем необходимо отмерить от одного края начальный отрезок, длина которого должна быть от 50 до 100 см. От того, каким будет промежуток, будет зависеть, насколько точным будет измерение промежутка.
Потом необходимо выполнить 2 равных визира. В этих целях нужно использовать 2 линейки из древесины. На их краях требуется закрепить мушки с прорезями аналогично оружейным. Выполняются они в виде пластинок из угольников железных либо алюминиевых. Далее они прикручиваются шурупчиками по боками деревянных линеек.

Теперь требуется выполнить осевые отверстия, которые будут располагаться строго по центру визиров. Линейки требуется укрепить по краям мерного участка. Нужно учитывать, чтобы 1 визир смог горизонтально вращаться вокруг собственной оси, а другой был надежно прикреплен. Прикрепить на 2 визирах лазерные указки.
Далее нужно расположить дальномер в положение, чтобы на требуемый объект направлялся невращающийся визир. Затем необходимо себе представить, что выполняется прицел на объект из оружия и направить другой визир на этот же объект. Выполняется определение угла между осью другого визира и начальным отрезком. Получится прямоугольный треугольник, где начальный отрезок выступает катетом, а еще известен примыкающий к нему угол. Если применять теорему тангенсов, то можно будет вычислить и второй катет. Его показатель и будет расстоянием до нужного объекта. Вот так выполняется дальномер своими руками.

Вот теперь известно, как правильно делается данное устройство. Из приведенной инструкции ясно, что особых усилий и специальных знаний и умений для этого не требуется. Важно придерживаться того алгоритма и советов, которые описаны выше. Таким лазерным дальномером своими руками будет очень удобно пользоваться, потому как свои силы, свои вложения труда и души намного важнее, и такой прибор очень долго вам прослужит. Стандартные рулетки для измерений уже теряют свою известность, популярность и широкое применение. А с таким прибором будете идти в ногу со временем и инновациями. А вышеописанная инструкция и советы смогут в этом помочь.
Желаем вам удачи!

Мишка Ходит / Little Bear Walks: Плёночный отражатель своими руками

В этой статье Я опишу как изготовить геодезический плёночный отражатель своими руками в полевых условиях. Как оказалось, самодельная марка удовлетворяет ряд критериев по точности взятия измерений, достаточна для выполнения ряда работ.

Но сначала немного о предпосылках её создания…

При выполнении геодезических работ заметил одну странность, плановое положение призмы постоянно «прыгало» в координатах, что существенно затрудняет вынос точек в натуру. Всему виной была сигнальная жилетка, надетая на бригадире. Взятие измерений на такую ленту происходило даже в режиме «призма», то есть при относительно слабой мощности импульса лазера.

Прикинув о схожести свойств светоотражающей ленты и рефлекторных марок решил попробовать применить её для изготовления самопальных марок. Всем нам известны марки типа RGK, GZM## (где ## — индекс отражающей способности) от фирмы Leica или RS##N (где ## — размер в миллиметрах) от фирмы Sokkia. Все они, не смотря на китайские копии в несметных количествах, остаются достаточно дорогие в официальных точках диллера, даже по прошествии времени когда лист А4 можно было приобрести за 100 у.е.

Пленочный отражатель представляет собой специально размеченную самоклеющую пленку со световозвращающей поверхностью. Пленочный отражатель применяется для работы с любыми типами электронных тахеометров и лазерных дальномеров.

Порыскав в этих самых интернетах на мою тему нашёл следующий раздел на сайте Геодезист.ру, который отчасти давал некоторые рекомендации и ответы. В частности о схожей самопальной модели, только из автомобильной светоотражающей ленты. Это конечно реально круто, но по принципу «дешевизны» не подходит.

Сбор материалов

Для изготовления в первую очередь мне понадобиться сигнальная жилетка. Срезать ленту с новой не позволяет совесть. Выбираем будущую «жертву» для нужд геодезии.

Благо выбрать ту самую «жертву» есть где и есть из чего. Давно заметил, что по прошествии небольшого промежутка времени (от недели до двух недель) после выдачи абсолютно новых сигнальных жилеток строительному персоналу, в виду тяжелых условий эксплуатации, полосы можно пригоршнями собирать по всей стройплощадке. Складывается впечатление, как будто змеи сбрасывают шкурки в период линьки.

Так вот, в наличии есть срезанная лента шириной 50мм и длиной на сколько хватает совести и материала. Сама лента серого цвета изменяющая свой оттенок при разных углах обзора. Имеет вкрапления кристалликов, видных невооруженным взглядом.

Хочу также отметить, что светоотражающие свойства плёночного отражателя (светоотражающей ленты в прошлом) помогают легко отыскать места их установки на местности с помощью направленного источника света в плохие погодные условия или тёмное время суток.
Изготовление
Берем ленту, и отрезаем квадрат размером 50х50мм, или уменьшаем под аля стандарт Leica 45х45мм. Чем больше марка, тем легче взять на неё измерения с дальних расстояний. С помощью шариковой ручки и линейки наносим разметку. Для долговечности дополнительно нанёс линии поверх ручки тонким маркером. Собственно вот и всё изготовление.
Остаётся только наклеить такой отражатель на поверхность для определения координат марки. По поводу клея идут споры, но каждый как хочет так и клеит. Читал много рекомендаций по поводу прозрачного клея Момент. Мне же пока удаётся садить марку на простой супер-клей типа 505. Возможно в дальнейшем, при наличии двухсторонней липкой ленты попробую её, но такой вид крепления ведёт к удорожанию изделия.

Тестирование
Для теста плёночной марки была выбрана контрастная поверхность профильного забора. К слову, этой маркой пользуюсь до сих пор. Одной особенностью тестовой марки было то, что поверх креста, нарисованного шариковой ручкой, нанёс дополнительно широкие линии перманентным маркером. Выяснилось, что волоконная структура начинает активно впитывать маркер, от чего остаются разводы (смотрите подтёки на фотографии ниже). Но это не мешает работать с маркой, так как наводясь четко на середину широкой линии можно всегда получить удовлетворяющие пространственные координаты.
После тестового образца, принял решение, не использовать маркер при разметке на отражателе, только шариковая ручка или маркер для подписи CD-дисков. Также, решил использовать для грубого наведения дополнительные линии.

На предполагаемой поверхности чертим вертикальную и горизонтальную линию, которые образуют своим пересечением крест. Далее наносим на оборотную поверхность отражателя клей и центрируем его по направлениям. Широкая линия креста 200х200мм подходит для ориентирования на расстояния 150-250м. Узкой линии на плёночном отражателе 0.5-0.7мм с лихвой хватает для ориентирования до 150м.

В работе очень выручает приложение Строительный уровень. Просто оставлю тут, может для кого-то это будет новинка.
Важно подобрать контрастный цвет линий для конкретной поверхности. Попробовал два варианта цвета на бетонной поверхности: перманентный маркер черного цвета и маркер Edding 790 белого цвета. На расстоянии в 100 метров (солнечный день) белый цвет практически слился с серым цветом бетона. Марку D22 навёл сверху черным маркером и успокоился.
Выводы
Плёночный отражатель прошёл тестирование и успешно применяется мною в работе. Может быть идея и не нова, но подобных вариантов ещё не находил в интернете.

P.S. Для изготовления данной марки единственное, что мне понадобилось купить это супер-клей. Все остальные инструменты и компоненты всегда под рукой, даже той срезанной ленты хватит не на один объект. Надеюсь, мой опыт кому-то пригодится. Желаю всем коллегам засекаться в ноль.

Самодельный фазовый лазерный дальномер. Самодельный дальномер. Дёшево и сердито

Этот прибор, который до сих пор считается уникальным, смог найти применение практически во всех сферах человеческой жизни. Сегодня лазерный дальномер можно увидеть в руках геологов и геодезистов. Иными словами, в тех областях человеческой деятельности, где необходимо замерить расстояние с особой точностью. Поэтому высокую популярность завоевали лазерные рулетки, отличающиеся высокой точностью, повышенной надежностью и вполне доступной ценой. Вполне естественно звучит вопрос, можно ли сделать дальномер лазерный своими руками.

К группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся: лазерный дальномер, ультразвуковой дальномер.

Измерения лазерным дальномером делаются на основе световых потоков, носителем сигнала является электромагнитное излучение, окрашенное в соответствующий оттенок. В большинстве случаев за основу берется красный свет.

Согласно законам физики, скорость света намного превышает скорость звука, поэтому и время измерения одинакового расстояния будет отличаться.

Основные причины для монтажа лазерного дальномера

Пользоваться механической рулеткой не всегда удобно. Порой она не дает положительного эффекта. В последние 10 лет все большее предпочтение отдается электронным дальномерам. К этой группе приборов, которые измеряют расстояние при помощи электроники, относятся:

лазерный дальномер;
ультразвуковой дальномер.

Все эти приборы функционируют по принципу бесконтактного метода. Такой дальномер своими руками сегодня создают отечественные мастера. Приборы работают не хуже тех, которые были выпущены в заводских условиях.

Лазерный дальномер, сделанный своими руками, состоит из нескольких частей:

плата;
микроконтроллер;
усилитель лазерного сигнала;
лазер;
фотоприемник;
фильтр.

В основном излучение лазера возникает при помощи синусоидального сигнала.

Довольно сложно получить такой сигнал, имеющий частоту 10 МГц. Простой контроллер здесь не подходит. Для этого лучше использовать меандр, у которого имеется нужная частота. Когда усиливается сигнал, приходящий из фотоприемника, удаляются ненужные гармоники специальным полосовым фильтром, который функционирует на частоте 10 МГц. На выходе появляется сигнал, сильно напоминающий синусоидальный.

Вернуться к оглавлению

DIY Лазерный дальномер на базе веб-камеры

Есть много готовых компонентов для поиска, включая ультразвуковые, инфракрасные и даже лазерные дальномеры. Все эти устройства работают хорошо, но в области воздушной робототехники вес является главной проблемой. Желательно получить как можно больше функциональности от каждого компонента, добавляемого к планеру. Например, миниатюрный винтокрылый робот может нести около 100 г полезной нагрузки. С помощью веб-камеры (или мини-беспроводной камеры, подключенной к компьютеру через адаптер USB) можно выполнять задачи машинного зрения, такие как идентификация препятствий и их предотвращение.Еще лучше то, что две веб-камеры могут обеспечивать стереозрение машинного зрения, тем самым улучшая избежание препятствий, поскольку можно определять глубину. Недостатком этого, конечно же, является увеличение веса второй камеры. На этой странице описывается, как можно настроить мини-лазерную указку вместе с одной камерой для обеспечения моно-машинного зрения с информацией о дальности.

Этот проект во многом основан на учебнике, который можно найти здесь

Теория работы

На схеме ниже показано, как проецировать лазерную точку на цель, находящуюся в поле зрения камеры, можно рассчитать расстояние до этой цели.Математика очень проста, поэтому этот метод очень хорошо работает для приложений машинного зрения, которые должны работать быстро.

Итак, вот как это работает. Луч лазера проецируется на объект в поле зрения камеры. Этот лазерный луч идеально параллелен оптической оси камеры. Точка от лазера фиксируется камерой вместе с остальной частью сцены. Простой алгоритм просматривает изображение в поисках самых ярких пикселей. Предполагая, что лазер является самой яркой областью сцены (что, похоже, верно для моей лазерной указки из долларового магазина в помещении), положение точек в кадре изображения известно.Затем нам нужно рассчитать расстояние до объекта на основе того, куда по оси Y изображения падает эта лазерная точка. Чем ближе к центру изображения, тем дальше находится объект.

Как видно из диаграммы ранее в этом разделе, расстояние (D) можно вычислить:

Конечно, чтобы решить это уравнение, вам нужно знать h, которая является константой, фиксированной как расстояние между вашей лазерной указкой и камерой, и theta. Тета рассчитывается:

Сложив два приведенных выше уравнения вместе, мы получим:

Хорошо, поэтому количество пикселей от центра фокальной плоскости, в которых появляется лазерная точка, можно просто отсчитать по изображению.А как насчет других параметров в этом уравнении? Чтобы получить их, нам нужно выполнить калибровку.

Чтобы откалибровать систему, мы соберем серию измерений, в которых я знаю расстояние до цели, а также количество пикселей, в которых точка находится от центра изображения каждый раз. Эти данные ниже:

Лучшая цена на лазерный измеритель rangefind — Выгодные предложения на лазерный измеритель rangefind от глобальных продавцов лазерных дальномеров

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для поиска дальномеров с помощью лазерных измерителей.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот лучший лазерный дальномер должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели лазерный дальномер на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в том, что лазерные дальномеры не уверены и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести laser meter rangefind по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Лучшая цена на модуль лазерного дальномера — Отличные предложения на модуль лазерного дальномера от глобальных продавцов модулей лазерного дальномера

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте, приобретая лазерный дальномер modul.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший модуль лазерного дальномера вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели модуль лазерного дальномера на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в модуле лазерного дальномера и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести laser rangefinder modul по самой выгодной цене.

Лучший лазерный дальномер сборки — отличные предложения на сборку лазерного дальномера от мировых продавцов лазерных дальномеров

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для создания лазерного дальномера.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лазерный дальномер высшего качества должен в кратчайшие сроки стать одним из самых популярных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели лазерный дальномер на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в создании лазерного дальномера и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести build laser rangefinder по самой выгодной цене.

В Советской России лазерный дальномер своими руками просканирует ВАС !!

Яков Смирнов говорил: «В Америке всегда можно найти вечеринку. В Советской России партия находит ВАС !! » Только вот это лазерный дальномер.

В этом проекте (автоматический перевод) [iliasam] создает свой собственный сканирующий лазерный дальномер, подобный тем, которые мы видели в модных пылесосах.Но делает он это с нуля.

В то время как это легко, если у вас есть веб-камера и огромная вычислительная мощность, [iliasam] выбирает трудный путь — измеряет параллакс отраженного пятна через линзу на линейном датчике изображения (который отображается как «фотоприемная линия» в переводе на русский язык).

Датчики линейного изображения

очень похожи на элементы вашей цифровой камеры CMOS, за исключением того, что элементы расположены в линию, а не в плоскости, и их намного проще взаимодействовать с микроконтроллером.Удерживайте линию данных высоко, чтобы сделать снимок, а затем синхронизируйте (аналоговые) значения напряжения, которые соответствуют количеству света, попадающему в каждую ячейку линейного массива. Хотя [iliasam] заплатил за него примерно 18 долларов, мы обнаружили, что на eBay они намного дешевле. И обычно в сканере есть линейный датчик, часто RGB и укомплектованный схемой драйвера, если его разобрать. Это можно было бы сделать всего за несколько долларов, если бы вы были экономны.

Остальная часть сборки состоит из некоторого преобразования сигнала и (очень хорошо сделанной) конструкции оборудования.[iliasam] установил сканер на Roomba и отправился исследовать свою квартиру. Результаты довольно профессиональных, в чем вы можете убедиться сами на видео ниже.

Мы рассмотрели коммерческую версию того же устройства, которое можно найти в пылесосах Neato. Но создание одного из них с нуля выводит игру на новый уровень.

Лучшие лазерные дальномеры 2020 года

Лучшие лазерные дальномеры — полезные устройства для измерения расстояния между вашим текущим положением и целью.Если вы играете в гольф, просто достаньте дальномер из кармана, наведите его на поле или флаг, по которому хотите ударить, и подождите, пока устройство рассчитает расстояние для вас, что позволит вам выбрать правильную клюшку и повысить точность и эффективность вашего последующего выстрела. Расстояние измеряется устройством, отражающим свет от объекта, на который он направлен. Но лазерный дальномер может найти и другое применение — в строительстве, недвижимости и т. Д.

Как и в случае с любым другим электронным устройством, на рынке доступно несколько марок лазерных дальномеров.К ним относятся знакомые имена, такие как Nikon и Bushnell, а также менее знакомые импортные товары, которые потенциально могут предложить еще большее соотношение цены и качества. Ниже мы собираем шесть лучших лазерных дальномеров, которые вы можете купить прямо сейчас, чтобы помочь вам принять решение о покупке.

Основные соображения при покупке должны включать в себя поиск лучшего лазерного дальномера, который будет компактным, портативным и легким — так что вы не будете возражать потенциально носить его с собой в течение нескольких часов — наряду, конечно, выбрать один, который является точным и точным.

Вы также можете подумать о времени автономной работы, убедившись, что предлагаемая мощность длится весь период, плюс что устройство имеет внешний корпус, который, возможно, является водонепроницаемым, чтобы дождь не мешал игре.

Помимо простоты использования этого дальномера, вы также должны учитывать свой личный бюджет. Более дорогие модели предлагают больший диапазон и большую сложность функций, но это может усложнить их. Какой бы вариант вы ни выбрали, в конечном итоге точность будет выше, чем при отсутствии лазерного дальномера.

Итак, читайте дальше, пока мы исследуем рынок и оценим лучший лазерный дальномер для вас.

Лучшие лазерные дальномеры в 2020 году

(Изображение предоставлено Nikon)

1: Nikon Coolshot Pro Stabilized

Лучший профессиональный дальномер:

Сверхбыстрые измерения расстояния

Внутренний дисплей для улучшенной четкости просмотра в любых условиях освещения

Лучшая из линейки Nikon требует премиальной цены

Поставляется тонкий футляр

При этом он является одним из самых дорогих лазерные дальномеры для игроков в гольф, это также один из наиболее точных и оптимизированных примеров.Например, он может рассчитывать наклон и снижение, чтобы отображать скорректированное с учетом наклона руководство по расстоянию, определяющее, как далеко вы должны ударить мяч для гольфа, при этом у него есть встроенный 6-кратный монокуляр. Яркость внутреннего OLED-дисплея, автоматически настраиваемая в зависимости от уровня окружающего освещения, дополнительно позволяет просматривать в самых разных условиях, при этом он утверждает, что позволяет точно определить меру за 0,3 секунды. Как следует из названия модели, флагманский лазерный дальномер Nikon оснащен встроенной системой подавления вибраций, которая обеспечивает более стабильное изображение в видоискателе — до 80% заявленного.Если у вас есть деньги, это может быть единственным измерительным прибором, который вам когда-либо понадобится.

(Изображение предоставлено Nikon)

2: Nikon Coolshot 20 GII

Доступная

Ультракомпактная опция

Известная торговая марка

Измерения проводятся медленнее, чем у более дорогих альтернатив

Сложнее получить стабильный обзор

Упаковка большого количества в компактный корпус, который Достаточно легкий, чтобы уместить его в ладони, включая очень приличный диапазон от пяти до 730 метров и монокуляр с 6-кратным увеличением с многослойным покрытием, это устройство с хорошим соотношением цены и качества для увлеченных любителей, желающих приобрести свой первый лазерный дальномер.Утверждается, что встроенный алгоритм приоритета первой цели достаточно сложен, чтобы определить ближайшую цель, даже если флагшток во время игры в гольф имеет отвлекающие друг друга деревья или здание позади него. Это может быть медленнее, чем более дорогие альтернативы, вынуждая пользователя удерживать кнопку питания до восьми секунд непрерывного измерения — и еще четырех, если первое измерение не удастся — но длительное удаление выходного зрачка и регулировка диоптрии делают Nikon наименьшим доступным ‘ Coolshot достаточно удобен для использования тем, кто носит очки.

(Изображение предоставлено Bushnell)

3: Bushnell Tour V5 Shift

Лучший дальномер для гольфа позволяет легко преодолевать сложные участки местности

Точная и отзывчивая

Не водонепроницаемая

Хвастается тем, что она сочетает в себе 6-кратное увеличение с быстрой фокусировкой, обеспечивая точность до одного ярда.Его основной диапазон составляет от 5 до 1300 ярдов. Как и альтернативный лазерный дальномер Bushnell, указанный здесь, этот доступный и специально предназначенный для гольфа вариант оснащен механизмом толчка, который подтверждает пользователю, что он зафиксирован на штифте — при этом само устройство вибрирует — при этом утверждая, что он может перемещаться и помогают гольфистам компенсировать неровную наклонную поверхность. Переключатель на самом устройстве позволяет пользователю переключаться в или из указанного режима наклона. Конструкция может быть пластиковой, а не металлической, но если вам не нужны прочный внешний вид и гидроизоляция Pro XE, то эта более доступная по цене модель 2020 года должна помочь вам пробить эту дыру в одном!

(Изображение предоставлено Hawke)

4: Лазерный дальномер Hawke Pro 900

Лучший дальномер среднего диапазона