LiDAR, lazer ışığı gönderip ışığın yansıyıp geri dönme süresini ölçerek mesafe hesaplayan bir sensördür. Tek noktalı LiDAR'lar (TF-Luna, TFmini) ve ToF sensörler (VL53L0X, VL53L1X) bir noktaya olan mesafeyi ölçer; dönen LiDAR'lar (RPLIDAR) ise çevrenin 360 derecelik haritasını çıkarır. Ultrasonik sensörlere göre daha dar ışınlı, daha hızlı ve daha uzun menzillidir; kızılötesi analog sensörlere göre ise daha doğrudur.
Otonom araçlar, robot süpürgeler, drone'lar ve telefon kameraları mesafeyi ölçmek için giderek daha fazla LiDAR kullanıyor. Hobi dünyasında da küçük ve uygun fiyatlı LiDAR ve ToF sensörleri artık Arduino ile kullanılabiliyor. Bu rehberde LiDAR'ın nasıl çalıştığını ve hangi mesafe sensörünün hangi iş için uygun olduğunu karşılaştırıyoruz.
LiDAR nedir?
LiDAR (Light Detection and Ranging), bir lazer ya da kızılötesi ışık darbesi gönderip yansıyan ışığı algılayarak hedefe olan mesafeyi ölçen bir sensör teknolojisidir. Işık çok hızlı ilerlediği için ölçüm son derece kısa sürede yapılır ve saniyede yüzlerce, hatta binlerce ölçüm alınabilir.
LiDAR nasıl çalışır?
Çoğu LiDAR ve ToF (Time of Flight, uçuş süresi) sensörü, gönderilen ışığın hedefe gidip geri dönme süresini ya da yansıyan ışığın faz farkını ölçer; mesafe, ışık hızı × süre / 2 formülüyle hesaplanır. Işın dar olduğu için sensör, ultrasonik sensörlere göre çok daha küçük bir noktayı ölçer. Dönen LiDAR'larda ölçüm birimi bir motorla döndürülür ve her açı için mesafe kaydedilerek çevrenin iki boyutlu haritası çıkarılır.
LiDAR ve ToF sensör çeşitleri
| Sensör | Tür | Tipik menzil | Arayüz |
|---|---|---|---|
| VL53L0X | ToF, tek nokta | Yaklaşık 2 m'ye kadar | I2C |
| VL53L1X (TOF400C) | ToF, tek nokta | Yaklaşık 4 m'ye kadar | I2C |
| TF-Luna | LiDAR, tek nokta | Yaklaşık 8 m'ye kadar | UART / I2C |
| TFmini-S, TFmini Plus | LiDAR, tek nokta | Yaklaşık 12 m'ye kadar | UART / I2C |
| RPLIDAR A1 | 360° dönen LiDAR | Yaklaşık 12 m | USB / UART |
Menziller; hedefin rengi, yansıtıcılığı ve ortam ışığına göre değişir. Kesin değerler için ürünün teknik belgesine bakın.
LiDAR, ultrasonik ve kızılötesi sensör karşılaştırması
| Özellik | LiDAR / ToF | Ultrasonik (HC-SR04) | Analog kızılötesi (Sharp) |
|---|---|---|---|
| Ölçüm prensibi | Işığın uçuş süresi | Sesin yankı süresi | Yansıyan ışığın açısı |
| Işın genişliği | Dar | Geniş (koni) | Dar |
| Hız | Çok yüksek | Düşük | Orta |
| Zorlandığı yüzeyler | Cam, ayna, çok koyu yüzeyler | Yumuşak, eğik yüzeyler | Koyu ve parlak yüzeyler |
| Güneş ışığı | Etkilenebilir | Etkilenmez | Etkilenir |
| Maliyet | Orta-yüksek | Düşük | Düşük-orta |
Ultrasonik sensörün kullanımını HC-SR04 rehberimizde anlattık.
TF-Luna Arduino'ya nasıl bağlanır?
- TF-Luna'yı 5V ile besleyin; GND'yi ortak yapın.
- UART modunda sensörün TX ucunu Arduino'nun RX'ine (yazılımsal seri port da kullanılabilir), RX ucunu TX'ine bağlayın. Sensörün veri hattı 3,3V seviyesindedir.
- Sensör varsayılan olarak 115200 baud hızında, belirli bir başlıkla başlayan veri paketleri gönderir; paketten mesafe (cm) ve sinyal gücü okunur.
- Sinyal gücü çok düşük ya da çok yüksekse ölçüm güvenilir değildir; bu değerler filtrelenmelidir.
- I2C modu, sensörün ilgili pininin ayarlanmasıyla seçilebilir; ayrıntılar sensörün kılavuzundadır.
VL53L0X ve VL53L1X ise I2C ile bağlanır (SDA, SCL) ve Pololu ya da Adafruit kütüphaneleriyle birkaç satır kodla okunur.
LiDAR nerelerde kullanılır?
- Drone: Yere olan yüksekliği hassas ölçmek ve iniş yapmak; bkz. drone yapımı.
- Robotik: Engel algılama, duvar takibi ve 360° LiDAR ile harita çıkarma (SLAM).
- Sayım ve seviye: Konveyörde ürün algılama, silo ya da depo seviyesi.
- Park ve kapı sistemleri: Araç algılama.
Sık sorulan sorular
LiDAR ile ToF sensör aynı şey mi?
ToF (uçuş süresi), ışığın gidiş-dönüş süresini ölçme prensibidir. Birçok LiDAR bu prensibi kullanır. Hobi dünyasında VL53L0X gibi kısa menzilli sensörlere genellikle ToF sensör, TF-Luna gibi daha uzun menzillilere LiDAR denir.
LiDAR camı algılar mı?
Işık camdan büyük ölçüde geçtiği için LiDAR camı güvenilir şekilde algılamayabilir; ayna gibi yüzeylerde de ışık başka yöne yansır. Cam yüzeyler için ultrasonik sensörler daha uygundur.
LiDAR güneş altında çalışır mı?
Çalışır, ancak güçlü güneş ışığı menzili ve doğruluğu düşürebilir. Dış ortam için tasarlanmış modeller ve teknik belgedeki ortam ışığı değerleri dikkate alınmalıdır.
LiDAR göz için tehlikeli mi?
Hobi ve endüstriyel kullanım için satılan bu sensörler genellikle göz için güvenli kabul edilen Sınıf 1 lazer kullanır. Yine de sensörün içine uzun süre doğrudan bakılmamalıdır.
Arduino ile 360° harita çıkarılır mı?
RPLIDAR gibi dönen LiDAR'ların verisi Arduino ile okunabilir, ancak harita çıkarmak (SLAM) yüksek işlem gücü ister. Bu iş için genellikle Raspberry Pi ya da bir bilgisayar kullanılır.
Özet
- LiDAR, ışığın uçuş süresiyle mesafe ölçer.
- VL53L0X/VL53L1X kısa, TF-Luna/TFmini orta, RPLIDAR 360° tarama içindir.
- Ultrasonik sensöre göre dar ışınlı ve hızlıdır.
- Cam, ayna ve çok koyu yüzeylerde zorlanabilir.
- Tek noktalı sensörler UART ya da I2C ile Arduino'ya bağlanır.