Bouw een Digitale Lichaamslengtemeter: Je Lengte Meten met Arduino en Lasersensor

Onderdelen en Benodigdheden

Over dit Project

Volg de groei van je kind met een digitale lengtemeter!

Tijdens mijn jeugd noteerde mijn moeder mijn lengte regelmatig in een notitieboek. Zonder een professionele lengtemeter stond ik tegen de muur of de deurkozijn, terwijl ze met een meetlint werkte. Nu ik een kleindochter heb die begint te lopen, zullen haar ouders zeker willen bijhouden hoe ze groeit. Zo ontstond het idee voor een digitale lengtemeter.

Het apparaat is gebouwd rond een Arduino Nano en een Time-of-Flight (ToF) sensor die meet hoe lang het duurt voordat het laserlicht terugkaatst naar de sensor.

Stap 1: Onderdelen

• Arduino Nano Rev 3
• CJMCU 530 (VL53L0X) lasersensor
• KY-040 draai-encoder
• SSD1306 OLED 128x64 display
• Passieve buzzer
• 2x 10kΩ weerstanden

Stap 2: De Sensor

De VL53L0X van ST Microelectronics is een nieuwe generatie Time-of-Flight laser-afstandsmodule in een miniatuur behuizing. Hij biedt nauwkeurige afstandsmetingen ongeacht de reflectiviteit van het doelwit, in tegenstelling tot conventionele technologieën.

De sensor meet absolute afstanden tot 2 meter. De interne laser is onzichtbaar voor het menselijk oog (golf lengte 940 nm) en voldoet aan de meest recente veiligheidsstandaarden. Het integreert een array van SPADs (Single Photon Avalanche Diodes).

Communicatie verloopt via I2C. Omdat het project ook een OLED-display op de I2C-bus gebruikt, zijn 2x 10kΩ pull-up weerstanden nodig op de SCL- en SDA-lijnen. Ik heb de CJMCU-530 breakout module gebruikt met de VL53L0X.

Stap 3: Bediening en Sensorpositionering

Na bouwen en testen moet het apparaat gemonteerd worden in het midden van de bovenkant van een deurkozijn. Als je het te dicht bij een muur of obstakel plaatst, zal de IR-laserbundel worden gestoord en een crosstalk-fenomeen veroorzaken in de meting. Een alternatief is een verlengingsstang om de sensor van de muur af te zetten, maar dat is minder handig.

Meet de exacte afstand tussen de vloer en de sensor (de offset die ingesteld moet worden) en kalibreer het apparaat (zie volgende stap). Eenmaal gekalibreerd kan het apparaat worden gebruikt zonder herkalibratie, tenzij je het verplaatst.

Schakel het apparaat in en sta recht en stevig eronder. De meting wordt genomen wanneer het apparaat een constante lengte detecteert gedurende meer dan 2,5 seconden. Op dat moment speelt het een "succes" geluid af en houdt de meting op het display vast.

Stap 4: Offset Kalibratie

Je moet de correcte waarde (in centimeters) voor de offset instellen: de afstand tussen het meetapparaat en de vloer. Druk op de knop van de draai-encoder om de kalibratie-modus te activeren. Draai de encoder om de juiste afstand in te stellen (klokkenwijs = centimeters toevoegen, tegen de klok in = aftrekken). De offset bereik is 0 tot 2,55 m.

Druk opnieuw op de knop om te bevestigen. Twee verschillende tonen geven akoestische feedback. De kalibratie-modus heeft een time-out van 1 minuut: als je de offset niet binnen deze tijd instelt, keert het apparaat terug naar de meetmodus zonder de opgeslagen offset te wijzigen. De offset wordt opgeslagen in de EEPROM van de Arduino, zodat deze behouden blijft na uitschakelen.

Stap 5: Code

ST Microelectronics biedt een volledige API-bibliotheek voor de VL53L0X, inclusief gebarendetectie. Voor dit project was de Pololu VL53L0X bibliotheek voor Arduino eenvoudiger. Deze bibliotheek biedt een snellere manier om aan de slag te gaan met de VL53L0X op een Arduino-compatibele controller, in tegenstelling tot het aanpassen en compileren van ST's API.

Ik heb de sensor ingesteld in HIGH ACCURACY en LONG RANGE modus voor meer vrijheid bij installatiehoogte en offset-instelling. Dit resulteert in een langzamere detectiesnelheid, wat voor dit toepassing voldoende is.

De offset wordt opgeslagen in de EEPROM van de Arduino, wat de waarden behoudt na uitschakelen.

In de loop wordt de nieuwe meting vergeleken met de vorige. Als 2,5 seconden verstrijken op dezelfde meting (en het is GEEN Out-of-range of Timeout-waarde), wordt de meting van de offset afgetrokken en constant op het display getoond. Een korte "succesvolle" melodie wordt gespeeld door de piezo buzzer om de gebruiker te waarschuwen.

HTAY.ino

Stap 6: Schema

Stap 7: Behuizing en Montage

Omdat ik slecht rechthoekige openingen in commerciele dozen kan zagen, heb ik een behuizing ontworpen in CAD en 3D-geprint. Het is niet de goedkoopste keuze, maar biedt precisie en flexibiliteit in de positionering van alle componenten.

De kleine laserchip wordt zonder beschermglas gemonteerd om crosstalk en afwijkende metingen te voorkomen. Als je de laser achter een afdekking wilt plaatsen, heb je een complexe kalibratieprocedure nodig zoals beschreven in de documentatie van ST Microelectronics.

HTAY.stl