总结
文章亮点：
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Arduino即插即用套件包含七个称为Modulinos的Qwiic模块。
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距离Modulino配备了一个STM飞行时间（ToF）传感器，能够精确测量距离，最大可达约1米。
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将距离Modulino和蜂鸣器Modulino模块结合，制作一个乐器。这提供了一种高度互动的方式来与ToF传感器交互。
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可以使用手机摄像头查看ToF传感器的激光发射器。
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Arduino Modulino易于使用——软件已包含在内。
什么是 Arduino 距离 Modulino ？
距离Modulino是Arduino即插即用套件中包含的多个模块之一。它配备了Qwiic连接，提供了无需面包板的便捷连接，可直接连接到Arduino微控制器和套件中的其他Modulinos。
如图1所示，距离Modulino模块（ABX00102）是STMicroelectronics飞行时间（ToF）传感器型号VL53L4CDV0DH/1的扩展板。该传感器配备了一个940纳米红外（IR）激光器，可测量距离范围为0到3.9英尺（1200毫米）。使用I2C接口，与Arduino Modulino系列的其他成员兼容。请注意，距离模块与其他Modulinos不同，因为扩展板不包含专用的ARM微控制器，例如像素模块上使用的微控制器。
图 1 ： Arduino Modulino距离模块的图像，中心为STM ToF传感器。
什么是飞行时间（ ToF ）传感器？
ToF的工作原理类似于雷达。它根据反射脉冲的飞行时间计算到物体的距离。它发送的是来自激光器的IR脉冲，而不是微波脉冲。
所介绍的STM VL53L4CDV0DH/1传感器旨在提供与物体颜色或反射率无关的距离计算。STM传感器使用940纳米（红外）激光发射器。在同一表面安装的封装中，紧密排列的是一个SPAD（单光子雪崩二极管）。顾名思义，“接收器”对从目标反射的发射器能量非常敏感。
你用过那些洗手间的自动水龙头或自动纸巾机吗？很有可能这些设备都配备了与本文中类似的ToF传感器。该传感器专为低功耗电池应用而设计。它包括诸如检测到物体时中断等功能。这使得微控制器可以在低能耗状态下休眠，直到需要时才唤醒。
技术提示 ：STM ToF传感器对颜色、环境光和红外发射有轻微的敏感性。使用不同颜色的目标来表征传感器。这些目标使用Munsell代码进行标识，例如N4.74表示反射率为17%的灰色目标。这类似于从五金店获得的样品颜色油漆色卡。
基于 Modulino 类的软件
Arduino为所有Arduino modulino设备提供了一个精心构建的基于类的接口。这为所有Modulino设备提供了一致的用户界面。关键代码作为Modulino.h文件的一部分包含在内：
#include <Modulino.h>
距离模块有三个相关方法，包括：
- begin( ); 初始化模块。
- available( ); 返回一个布尔值，指示传感器是否正在检测物体。从实际角度来看，这表示在3.9英尺的窗口内没有检测到物体。
- get( ); 返回测量物体的距离，单位为毫米。
技术提示 ：红外发射器对人眼不可见。然而，大多数手机可以检测到发射器，如图2所示。请注意，手机摄像头专门设计用于过滤红外线。然而，它并不完美，仍然会有少量但可感知的红外线通过。
图 2 ：当手机摄像头放置在传感器上方几英寸时，可以看到ToF红外发射器。它显示为一个紫色点。
示例代码
以下代码展示了作为特雷门琴一部分的Distance模块的工作演示。Distance和Buzzer Modulinos共同工作，制作出一个根据测量距离改变音高的简易乐器。Arduino即插即用设置如图3所示，并附有简短的演示视频作为视频1。请注意，系统速度很快，允许在摇动电路板时产生类似颤音的声音。通过提高I2C时钟速度并使用由微控制器的硬件定时器直接驱动的蜂鸣器，可以改善这种响应性。数据手册标识了100 Hz的刷新率。
#include "Modulino.h"
ModulinoDistance distance;
ModulinoBuzzer buzzer;
void setup() {
// Serial.begin(19200);
Modulino.begin();
distance.begin();
buzzer.begin();
}
void loop() {
if (distance.available()) {
int measure = distance.get();
buzzer.tone(measure << 1, 15);
// Serial.println(measure);
delay(10);
}
}
图 3 ：安装在Arduino即插即用套件底座上的Distance和Buzzer Modulinos，以及一个UNO R4 WiFi。
视频 1 ：使用Arduino特雷门琴演奏的类似万圣节的诡异音乐。请注意响应迅速的颤音。
下一步
以下是一些供您探索的想法：
- 确定传感器最适合检测哪些材料。例如，ToF是否可以用作5加仑桶甚至2升瓶子的液位指示器？
- 将ToF传感器安装在RC伺服电机上。这可以作为雷达扫描仪，让您的机器人能够检测并避开障碍物。
- 探索诸如视野范围等概念，以确定传感器的注意力集中在何处。
- 探索“窗口式”外壳，既能保护传感器，又能让其看到外界。一个例子是洗手池，我们必须保护传感器不被弄湿。
- 探索低能耗传感器到微控制器的应用，以延长电池供电设备的运行时间。
- 将ToF添加到四轴飞行器上，以在距离地面特定高度悬停。这增加了许多复杂性，因为您必须应对来自不同材料的不一致反射，以及来自太阳的红外能量。
最后的思考
Distance Modulino是Arduino即插即用套件中的一个有趣组件。特雷门琴提供了一个非常好的入门，因为它提供了近乎实时的音频响应。通过这种设置，我们可以立即获得反馈，从而直观地了解系统的特性，包括操作速度。
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