【Arduino】168种传感器系列实验（221）---360°激光雷达模块

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37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十一：360°旋转扫描激光雷达测距传感器 ROS机器人建图导航定位 ROS小车导航路径规划避障模块（EAI YDLIDAR X4）

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Arduino 系列传感器和执行器模块实验目录清单：
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（01）---LED节奏灯
https://www.mydigit.cn/thread-278513-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（02）---OLED频谱灯
https://www.mydigit.cn/thread-278659-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（03）---RGB律动灯
https://www.mydigit.cn/thread-278910-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（04）---WS2812条灯
https://www.mydigit.cn/thread-279138-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（05）---WS2812柱跳灯
https://www.mydigit.cn/thread-279227-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目（06）---点阵频谱灯
https://www.mydigit.cn/thread-279412-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
https://www.mydigit.cn/thread-283363-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
https://www.mydigit.cn/thread-286035-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化项目（09）--X Music Spectrum
https://www.mydigit.cn/thread-289124-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（10）---WS2812硬板屏
https://www.mydigit.cn/thread-289553-1-1.html

【花雕动手做】用快餐盒盖搭建极低成本的多种运动方式实验平台/机器人
https://www.mydigit.cn/thread-227134-1-1.html
【花雕动手做】超低成本，尝试做个五十元的麦克纳姆轮小车！
https://www.mydigit.cn/thread-220131-1-1.html
【花雕动手做】太搞笑啦，一支胶管制成二只蠕动机器人
https://www.mydigit.cn/thread-226476-1-1.html
【花雕动手做】超迷你哦，用徽商香烟盒做个智能小车！
https://www.mydigit.cn/thread-222085-1-1.html
【花雕动手做】五花八门的简易机器人66种
https://www.mydigit.cn/thread-221775-1-1.html
【花雕动手做】特别苗条，使用微波人体感应模块控制的纤细机器人小车
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=244463
素人学习Aduino编程的简单办法
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=34316
Arduino 语法手册的五个版本
https://www.mydigit.cn/thread-35089-1-1.html
ESP8266 Arduino开发环境搭建的五个备选地址
https://www.mydigit.cn/thread-40541-1-1.html
只用一块扩展板完成Arduino的9类37项实验（代码+图形+仿真）
https://www.mydigit.cn/thread-44343-1-1.html

37种传感器实验（Arduino）记录每一次小小的进步
https://www.mydigit.cn/thread-35315-1-1.html
实验一百一十五： 震动马达模块 高低电平振动小电机 智能可穿戴式产品震动提醒模块
https://www.mydigit.cn/thread-76804-1-1.html
实验一百一十六：NRF24L01+ 无线模块 功率加强版 2.4G无线收发通信模块 黑金刚
https://www.mydigit.cn/thread-76843-1-1.html
实验一百一十七：蓝色诺基亚5110屏 LCD液晶屏模块 兼容3310 LCD
https://www.mydigit.cn/thread-77142-1-1.html
实验一百一十八：US-015 高分辨超声波测距模块 超声波传感器 US-020升级版
https://www.mydigit.cn/thread-77594-1-1.html
实验一百一十九：HB100微波雷达感应模块 10.525GHz多普勒探测器探头传感器
https://www.mydigit.cn/thread-78082-1-1.html
实验一百二十： SIM800L GPRS 转接板GSM模块 microSIM卡带天线4频通讯模块
https://www.mydigit.cn/thread-75498-1-1.html
实验一百二十一：五向导航按键模块 5D摇杆 单片机 独立键盘开关 按钮 Your Cee
https://www.mydigit.cn/thread-78274-1-1.html
实验一百二十二： BBC microbit micro:bit，bit go,bit club python图形编程开发板
https://www.mydigit.cn/thread-76145-1-1.html
实验一百二十三： P10单红V706模组  32*16单元板LED显示屏
https://www.mydigit.cn/thread-78460-1-1.html
实验一百二十四： PS2鼠标 键盘插座接口 PS2模块
https://www.mydigit.cn/thread-78589-1-1.html
实验一百二十五： 升级版 WeMos D1 R2 WiFi UNO 开发板 基于ESP8266
https://www.mydigit.cn/thread-78843-1-1.html
实验一百二十六：JQ6500语音模块 MP3模块 MCU串口控制播报 一对一5路控制 音乐IC
https://www.mydigit.cn/thread-79043-1-1.html
实验一百二十七：JoyStick Shield PS2游戏摇杆扩展板 模拟键盘鼠标功能 大摇杆
https://www.mydigit.cn/thread-79290-1-1.html
实验一百二十八：日本夏普SHARP PM2.5 灰尘/粉尘传感器 GP2Y1014AU0F 带线
https://www.mydigit.cn/thread-79385-1-1.html
实验一百二十九：GY-302 数字量光强度检测 光照传感器 BH1750FVI 光线检测模块
https://www.mydigit.cn/thread-79661-1-1.html
实验一百三十：XD-203多功能扩展板Multi-function Shield模块（12合1版）
https://www.mydigit.cn/thread-79777-1-1.html
实验一百三十一：24位 WS2812 5050 RGB LED 内置全彩驱动彩灯 圆形开发板
https://www.mydigit.cn/thread-80667-1-1.html
实验一百三十二：WT588D语音模块 语音芯片 可反复擦写高音质语音下载16P-16M 蓝板HW-708
https://www.mydigit.cn/thread-81018-1-1.html
实验一百三十三：夏普GP2Y0A02YK0F 红外测距传感器模块 20-150cm 距离传感器
https://www.mydigit.cn/thread-81360-1-1.html
实验一百三十四：2004A液晶屏 20X4 J204A字符显示液晶模块 204A LCD/LCM 蓝屏5V（带背光 IIC/I2C）
https://www.mydigit.cn/thread-81914-1-1.html
实验一百三十五：ESP8266机智云开发板 ESP12F wifi模块（支持云端的智能硬件开发套件）
https://www.mydigit.cn/thread-82229-1-1.html
实验一百三十六：基于STM32F103RCT6及多种传感器的UFUN2.0升级开发板
https://www.mydigit.cn/thread-100457-1-1.html
实验一百三十七：IIC I2C电平转换模块 5-3v系统兼容 2路
https://www.mydigit.cn/thread-121468-1-1.html
实验一百三十八：中文TTS文本转语音合成模块 替代SYN6288和XFS5152
https://www.mydigit.cn/thread-121781-1-1.html
实验一百三十九：电流互感器模块 5A量程 单相 交流电流传感器模块
https://www.mydigit.cn/thread-122217-1-1.html
实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
（4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块）
https://www.mydigit.cn/thread-122307-1-1.html
实验一百四十一：KY-027 魔术光杯 for UNO 魔术光环模块
https://www.mydigit.cn/thread-122579-1-1.html
实验一百四十二：LCD1602 字符液晶屏 输入输出扩展板 LCD Keypad Shield
https://www.mydigit.cn/thread-123105-1-1.html
实验一百四十三：I2C接口I/O扩展模块 支持级联PCF8574T模块
https://www.mydigit.cn/thread-127953-1-1.html
实验一百四十四：Ethernet W5100S 网络扩展板 SD卡扩展模块 支持MEGA
https://www.mydigit.cn/thread-130504-1-1.html
实验一百四十五：0.91寸OLED液晶屏显示模块 IIC 12832液晶屏 兼容3.3v-5V
https://www.mydigit.cn/thread-124905-1-1.html
实验一百四十六：MT8870 DTMF语音解码板模块 电话拨号控制音频解码处理电路
https://www.mydigit.cn/thread-128475-1-1.html
实验一百四十七：64位 WS2812B 8x8 RGB 5050 LED模块 ws2812s像素点阵屏
https://www.mydigit.cn/thread-127681-1-1.html
实验一百四十八：E18-D80NK 漫反射式红外光电开关避障传感器模块
https://www.mydigit.cn/thread-126831-1-1.html
实验一百四十九：MAX3232电平转TTL电平转换板 mini RS232 MCU串口转换模块
https://www.mydigit.cn/thread-126424-1-1.html
实验一百五十：AS608光学指纹识别模块 智能锁/考勤门禁开发/指纹采集模块
https://www.mydigit.cn/thread-124272-1-1.html
实验一百五十一：ESP-32掌控板 盛思 MicroPython微控制器开发板
https://www.mydigit.cn/thread-136590-1-1.html
实验一百五十二：GY-25 串口直接输出角度数据 倾斜度角度传感器模块 MPU-6050
https://www.mydigit.cn/thread-218333-1-1.html
实验一百五十三：Maixduino AI开发板 k210 RISC-V AI+lOT ESP32视觉听觉开发套装
https://www.mydigit.cn/thread-129551-1-1.html
实验一百五十四：ML8511紫外线传感器模块  模拟量输出UV Sensor Breakou
https://www.mydigit.cn/thread-143285-1-1.html
实验一百五十五：KA2284 电平指示模块 5点LED电量/音频音乐旋律显示器
https://www.mydigit.cn/thread-223567-1-1.html
实验一百五十六：恒压型LED无级触摸调光PWM控制板 电容式触摸开关器模块
https://www.mydigit.cn/thread-223681-1-1.html
实验一百五十七：SG3525 PWM控制器模块 频率可调 占空比可调 波形发生器
https://www.mydigit.cn/thread-129257-1-1.html
实验一百五十八：QMC5883L电子指南针罗盘模块 三轴磁场传感器GY-271
https://www.mydigit.cn/thread-230781-1-1.html
实验一百五十九：MAX9814麦克风放大器模块 MIC话筒声音放大/咪头传感器 CMA-4544PF-W
https://www.mydigit.cn/thread-129060-1-1.html
实验一百六十二：S12SD紫外线传感器模块太阳光强度检测传感器模块高灵敏LM358放大
https://www.mydigit.cn/thread-143194-1-1.html
实验一百六十四：Seeeduino Lotus开发板 传感器9件套 主板+扩展板二合一https://www.mydigit.cn/thread-141403-1-1.html
实验一百七十：L293D四路电机驱动模块 扩展板 motor control shield 马达板
https://www.mydigit.cn/thread-205585-1-1.html
实验一百七十一：HLK-V20 AI智能离线语音识别模块 150条本地指令离线识别
https://www.mydigit.cn/thread-206726-1-1.html
实验一百七十二：MX1508 四通道双路有刷直流马达驱动模块 2路直流电机驱动模块 双H桥步进电机 正反转PWM调速
https://www.mydigit.cn/thread-216710-1-1.html
实验一百七十三：2262/2272四路无线遥控套件 M4非锁接收板 四键无线遥控器发射模块
https://www.mydigit.cn/thread-224877-1-1.html
实验一百七十四：DRV8833 电机驱动板模块 小体积高性能 2路直流电机驱动板 自平衡小车 代替TB6612FNG
https://www.mydigit.cn/thread-220662-1-1.html
实验一百七十五：LD3320 语音识别模块 非特定人声 语音控制 智能家居开发板
https://www.mydigit.cn/thread-225247-1-1.html
实验一百七十九：0.66英寸OLED显示模块 液晶屏模块IIC/I2C接口 64*48像素 SSD1306驱动芯片
https://www.mydigit.cn/thread-278724-1-1.html
实验二百零一：OPT101模拟光照传感器 TEMT6000光强度模块 单片光电二极管 YourCee
https://www.mydigit.cn/thread-278450-1-1.html
实验二百零七：I2C红色8*8LED点阵模块ht16k33驱动1088BS树莓派物联网可扩展编程
https://www.mydigit.cn/thread-274979-1-1.html
实验二百十一：LED 圆环内置IC全彩点控1-8-12-16-24-32 WS2812B 93灯 环形 圆盘
https://www.mydigit.cn/thread-342373-1-1.html
实验二百一十四：WS2812B全彩RGB像素屏 8x32点阵LED显示屏 可编程硬屏模块
https://www.mydigit.cn/thread-348881-1-1.html
实验二百一十六：WS2812B幻彩LED灯带 5V全彩灯条5050灯珠内置IC炫彩单点单控软灯条模块
https://www.mydigit.cn/thread-323872-1-1.html
实验二百一十七：EPD Eink 电子墨水显示器 SUNY 2.9 英寸 EPD 屏幕无线数字电子纸显示器模块  DEPG0290RWS800F6黑白红三色墨水屏（珠海三一科技）
https://www.mydigit.cn/thread-282165-1-1.html
实验二百一十八：1.3寸 TFT显示屏 ST7735S驱动240x240高清ips模块
https://www.mydigit.cn/thread-320866-1-1.html
实验二百一十九：INMP441全向麦克风模块 I2S接口 MEMS 高精度 低功耗 支持ESP32
https://www.mydigit.cn/thread-325234-1-1.html
实验二百二十：P6全彩LED模组 16X32显示屏单元板 P6-RGB-16X32-8S室内全彩8扫电子屏（HX-P6-16X32-A）
https://www.mydigit.cn/thread-352884-1-1.html
实验二百二十一：360°旋转扫描激光雷达测距传感器 ROS机器人建图导航定位 ROS小车导航路径规划避障模块（EAI YDLIDAR X4）
https://www.mydigit.cn/thread-354416-1-1.html

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激光（laser）
是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。激光的原理早在 1916年已被著名的犹太裔物理学家爱因斯坦发现。

原子受激辐射的光，故名“激光”。激光：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

激光应用很广泛，有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等等。激光系统可分为连续波激光器和脉冲激光器。

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雷达（RADAR）
是英文“Radio Detection and Ranging”（无线电侦测和定距）的缩写及音译。意思为“无线电探测和测距”，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

雷达的出现，是由于一战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。

后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。

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激光雷达（Laser Radar ）
也称光学雷达（LIght Detection And Ranging）是激光探测与测距系统的简称，它通过测定传感器发射器与目标物体之间的传播距离，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位等信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。

自上世纪60年代激光被发明不久，激光雷达就大规模发展起来。目前激光雷达厂商主要使用波长为 905nm 和 1550nm 的激光发射器，波长为 1550nm 的光线不容易在人眼液体中传输，这意味着采用波长为 1550nm 激光的激光雷达的功率可以相当高，而不会造成视网膜损伤。更高的功率，意味着更远的探测距离，更长的波长，意味着更容易穿透粉尘雾霾。但受制于成本原因，生产波长为1550纳米的激光雷达，要求使用昂贵的砷化镓材料。厂商更多选择使用硅材料制造接近于可见光波长的 905nm 的激光雷达，并严格限制发射器的功率，避免造成眼睛的永久性损伤。

而测距原理上目前主要以飞行时间（time of flight）法为主，利用发射器发射的脉冲信号和接收器接受到的反射脉冲信号的时间间隔来计算和目标物体的距离。也有使用相干法，即为调频连续波（FMCW）激光雷达发射一束连续的光束，频率随时间稳定地发生变化。由于源光束的频率在不断变化，光束传输距离的差异会导致频率的差异，将回波信号与本振信号混频并经低通滤波后，得到的差频信号是光束往返时间的函数。调频连续波激光雷达不会受到其他激光雷达或太阳光的干扰且无测距盲区；还可以利用多普勒频移测量物体的速度和距离。调频延续波 LiDAR 概念并不新颖，但是面对的技术挑战不少，例如发射激光的线宽限制、线性调频脉冲的频率范围、线性脉冲频率变化的线性度，以及单个线性调频脉冲的可复制性等。

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激光雷达的结构
主要包括激光发射、接收、扫描器、透镜天线和信号处理电路组成。激光发射部分主要有两种，一种是激光二极管，通常有硅和砷化镓两种基底材料，再有一种就是目前非常火热的垂直腔面发射（VCSEL）（比如 iPhone 上的 LiDAR），VCSEL 的优点是价格低廉，体积极小，功耗极低，缺点是有效距离比较短，需要多级放大才能达到车用的有效距离。激光雷达主要应用了激光测距的原理，而如何制造合适的结构使得传感器能向多个方向发射激光束，如何测量激光往返的时间，这便区分出了不同的激光雷达的结构。

激光雷达的分类，主要有机械式，混合固态式，光学相控阵式(OPA)和泛光面阵式（FLASH）等。

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激光雷达的趋势
1、传感器车规化——固态激光雷达取消了机械结构，能够击中目前机械旋转式的成本和可靠性的痛点，是激光雷达的发展方向。除了这两大迫切解决的痛点外，目前量产的激光雷达探测距离不足，仅能满足低速场景（如厂区内、校园内等）的应用。日常驾驶、高速驾驶的场景仍在测试过程中。

当前机械式激光雷达的价格十分昂贵，Velodyne 在售的 64/32/16 线产品的官方定价分别为 8 万/4 万/8 千美元。一方面，机械式激光雷达由发射光源、转镜、接收器、微控马达等精密零部件构成，制造难度大、物料成本较高；另一方面，激光雷达仍未大规模进入量产车、需求量小，研发费用等固定成本难以摊薄。 量产 100 万台 VLP-32后，那么其售价将会降至 400 美元左右。

2、多传感器融合——在环境监测传感器中，超声波雷达主要用于倒车雷达以及自动泊车中的近距离障碍监测，摄像头、毫米波雷达和激光雷达则广泛应用于各项 ADAS 功能中。四类传感器的探测距离、分辨率、角分辨率等探测参数各异，对应于物体探测能力、识别分类能力、三维建模、抗恶劣天气等特性优劣势分明。各种传感器能形成良好的优势互补，融合传感器的方案已成为主流的选择。

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YDLIDAR X4 激光雷达
是一款 360 度二维测距产品，基于三角测距原理，并配以相关光学、电学、算法设计，实现高频高精度的距离测量，在测距的同时，机械结构 360 度旋转，不断获取角度信息，从而实现了 360 度扫描测距，输出扫描环境的点云数据。

主要特性
➢ 360 度全方位扫描测距
➢ 测距误差小，测距稳定性好，精度高
➢ 测距范围广
➢ 抗环境光干扰能力强
➢ 功耗低，体积小，性能稳定，寿命长
➢ 激光功率满足 Class I 级别的激光器安全标准
➢ 电机转速可调，扫描频率为 6Hz~12Hz
➢ 高速测距，测距频率可达 5KHz

应用场景
➢ 机器人导航及避障
➢ 机器人 ROS 教学、研究
➢ 区域安防
➢ 环境扫描及 3D 重建
➢ 家用服务机器人/扫地机器人的导航及避障

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