Este estudo sobre o sensor VL53L0X-pololu faz parte do projecto de avaliação do comportamento dos sensores de medição de distancia.
Preparação
O hardware minimo necessário, para além dos fios, placa de teste e alimentação:
- Um arduino
- Um sensor VL53L0X
- Um suporte para o sensor
O software usado no teste foi o exemplo da biblioteca aconselhada que demonstra as leituras continuas.
void loop()
{
Serial.print(sensor.readRangeContinuousMillimeters());
if (sensor.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); }
Serial.println();
}
A biblioteca usada no software de teste foi a VL53L0X library for Arduino (Version: 1.0.2 Release date: 2017 Jun 27).
A recolha de dados de cada leitura, depois de impressos no monitor serie do arduino IDE, consiste na sua cópia para uma folha de calculo do excel.
O ambiente onde os testes foram efectuados são as seguintes:
Uma área de trabalho previamente preparada com uma faixa de cartolinas marcadas com linhas paralelas de 5 em 5 cm, e uma outra com cerca de 60 cm marcada de centimetro a centimetro.
Os obstáculos escolhidos foram:
- Uma esponja para flores (com a forma de tijolo)
- Uma folha de papel
- Uma tábua de madeira larga
- Uma ripa de madeira com 1 cm
- Um perfil de plastico em T com 2 cm
- Uma ripa de madeira com 4.2 cm
- Um perfil em L de aco com 4,2 cm
Toda as leituras foram efectuadas á noite com 2 luzes LED a iluminar o espaco, para além da luz do teto.
O sensor laser está montado no robot DAMI-M1 e posicionado a 11 cm do chão.
Mais abaixo estão uma serie de imagens da área de trabalho, e dos materiais usados.
Acima: visão do final da pista, com a madeira e a esponja no final.
Acima: pormenor do final da pista
Acima: pormenor sobre o equilibrio da madeira (garante a verticalidade)
Acima: pormenor para ter uma ideia da exactidão das medidas
Acima: visão de conjunto com o obstaculo e o sensor
Acima: obstaculos finos
Descrição dos testes efectuados
Para avaliar o comportamento esperado do sensor foram efectuados dois tipos de teste.
- Testes de qualidade da distancia reportada (adequação e variação)
- Testes de amplitude da detecção (distancia objectos ao eixo)
- Testes de granularidade da detecção (largura minima)
Em todos os testes, o critério de consideração do resultado é a consistência dos valores sem quebras, reportar zero.
Testes de qualidade da distancia reportada
Os testes sobre a qualidade distancia reportada foram efectuados maioritariamente de 5 em 5 cm, com inicio nos dois metros, conforme indicado nas especificações.
Foram efectuados tambem testes a distancias adicionais na zona de inicio das leituras com cada material.
Estes testes foram efectuado com os obstaculos de madeira larga, esponja e folha de papel branca.
A amostra considerada foi de 120 observações.
Alguns dos indicadores extraidos estão expostos na tabela abaixo
| cm | Distancia máxima | Distancia máxima consistente | Distancia do menor desvio padrão | Media dos desvios padrão das distancias |
|---|---|---|---|---|
| Madeira | 127 | 125 | 20 | 4.3 |
| Papel | 126 | 122 | 20 | 4.8 |
| Esponja | 81 | 60 | 10 | 4.4 |
O seguinte gráfico ilustra a distribuição do erro da distancia média das 120 observações com a distancia real nos três obstaculos
O seguinte gráfico ilustra a distribuição do desvio padrão das 120 observações em função da distancia nos três obstaculos
Testes de amplitude da detecção
Os testes de amplitude da detecção, ou seja a distancia objectos ao eixo para serem detectados, foram efectuados aos 25, 50 e 100 cm.
Os obstaculos usados foram:
- tábua de madeira
- vara de madeira
- perfil em aço
Nota: as leituras do perfil em aço são muito influenciadas pela inclinação do material.
Distancia - Desvio do Eixo
25 cm - 5.5 cm
50 cm - 7.25 cm
100 cm - 14 cm
Efectuei o calculo do angulo com o eixo formado aos 25 cm, e obtive cerca de 25 graus de amplitude (12.5 x 2).
Testes de granularidade da detecção
Os testes de granularidade da detecção pretendem avaliar a largura minima dos objectos para serem detectados.
Foram efectuados testes entre os 25 e 125 cm, com os seguintes obstaculos e respectivos resultados:
- Vara de madeira 1 cm – consistencia até aos 40 cm, desaparece aos 60
- Perfil de plastico 2 cm – consistencia até aos 55 cm, desaparece aos 70
- Vara de madeira 4,2 cm – consistencia até aos 75 cm, desaparece aos 110
- Perfil de aço de 4,2 cm – consistencia até aos 100 cm, desaparece aos 120
Nota: as leituras do perfil em aço são muito influenciadas pela inclinação do material.
Tabelas das leituras obtidas
A folha de calculo disponivel aqui: Dados de avaliação sensor VL53L0X-pololu.