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自制DIS实验-验证牛顿第三定律实验 前言 关于这个验证牛顿第三定律这个实验，前前后后已经做了很长时间了；从硬件和软件方面都进行了比较大的更新。软件方面主要加了著名的卡曼滤波程序，硬件方面则从最初的面包板接线更新到了PCB设计和3D打印的外壳。这个实验目前任然在改进中，没有最完美的实验，只有更完美的实验。我们来学习一下牛顿第三定律的内容: 牛顿第三定律表明，当两个物体相互作用时，彼此施加于对方的力，其大小相等、方向相反。根据第三定律，力是物体与物体之间的相互作用，力必会成双结对地出现，其中一个力称为“作用力”，而另一个力则称为“反作用力”。这两个力的大小相等、方向相反。在这两个力之间，任何一个力都可以被称为作用力，而其对应的力自然成为伴随的反作用力。这成对的作用力与反作用力称为“配对力”。第三定律又称为“作用与反作用定律”。 第三定律以方程表达为：$${\displaystyle \sum \mathbf {F} _{A,B}=-\sum \mathbf {F} _{B,A}}$$ 其中，${\displaystyle \mathbf {F} _{A,B}}$是物体B施加于物体A的力，${\displaystyle \mathbf {F} _{B,A}}$ 是物体A施加于物体B的力。视频操作过程：{bilibili bvid="BV1qK411S7Sd" page=""/}{bilibili bvid="BV11V4y1L7Zs" page=""/}实验内容:组装器材 esp32,3.2V电池,hx711和oled屏幕插入到我设计的PCB板上，再连接到3D打印的外壳上面。通过PhyPhox建立蓝牙通讯启动程序开始实验 作用力和反作用力镜像图像： 作用力和反作用力重合在同一图像上面：
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自制DIS实验-高精度测距传感器 前言 笔者之前一直使用超声波来测量距离，超声波的精度有点感人，3mm误差。超声波模块受环境的温度湿度影响较大，用来精确测量不是很友好。今天终于找到了精度更高的模块——VL6180x。误差1mm。也勉强够用了，只是频率和量程有点低。超声波模块可以测量4M以内的距离，激光模块只能测量20cm以内的距离，真是鱼和熊掌不可兼得，提高了精度却损失了量程。有没有一种高精度大量程高频率的模块呢？ 首先阅读一下激光模块的文档吧，一看竟然有几百页，还是全英文的，对于笔者这样的学渣来说实属困难。好在看到了重要的内容：Typical ranging performance of the VL6180X is shown in Figure 6. This demonstrates the reflectance independence and range accuracy of the VL6180X from 0 to 100 mm for 3%,5%, 17% and 88% reflective targets. The example shown here is with ST cover glass and a 1.0 mm air gap. 理论上来讲，激光测距模块的输出值应该与目标物体之间的距离呈线性关系，但实际上并不是这样。在黑暗环境中，测试激光测距模块与不同反射率的物体之间的距离，真实距离与实际测量距离的输出对比关系如上图所示。大概意思就是激光测距模块和反射物体的光反射率存在一定的关系，而且测量数据和真实值之间会存在数据抖动，也就是数据偏移。其他原理就不介绍了（主要是笔者也没看懂），下面直接上arduino代码吧！不带phyphox的代码：#include <Wire.h> #include "Adafruit_VL6180X.h" Adafruit_VL6180X vl = Adafruit_VL6180X(); void setup() { Serial.begin(115200); // wait for serial port to open on native usb devices while (!Serial) { delay(1); } Serial.println("Adafruit VL6180x test!"); if (! vl.begin()) { Serial.println("Failed to find sensor"); while (1); } Serial.println("Sensor found!"); } void loop() { float lux = vl.readLux(VL6180X_ALS_GAIN_5); Serial.print("Lux: "); Serial.println(lux); uint8_t range = vl.readRange(); uint8_t status = vl.readRangeStatus(); if (status == VL6180X_ERROR_NONE) { Serial.print("Range: "); Serial.println(range); } // Some error occurred, print it out! if ((status >= VL6180X_ERROR_SYSERR_1) && (status <= VL6180X_ERROR_SYSERR_5)) { Serial.println("System error"); } else if (status == VL6180X_ERROR_ECEFAIL) { Serial.println("ECE failure"); } else if (status == VL6180X_ERROR_NOCONVERGE) { Serial.println("No convergence"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEIGNORE) { Serial.println("Ignoring range"); } else if (status == VL6180X_ERROR_SNR) { Serial.println("Signal/Noise error"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RAWUFLOW) { Serial.println("Raw reading underflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RAWOFLOW) { Serial.println("Raw reading overflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEUFLOW) { Serial.println("Range reading underflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEOFLOW) { Serial.println("Range reading overflow"); } delay(50); } 带phyphox的代码：#include <phyphoxBle.h> //使用VL6180X #include <Wire.h> #include "Adafruit_VL6180X.h" Adafruit_VL6180X vl = Adafruit_VL6180X(); float fV = 0.00; void setup() { PhyphoxBLE::start("激光测距仪"); PhyphoxBleExperiment plotVoltage; plotVoltage.setTitle("高精度激光传感器测距"); plotVoltage.setCategory("arduino"); plotVoltage.setDescription("使用VL6180X测微小距离，量程不大于20cm，精度1mm。"); //View PhyphoxBleExperiment::View firstView; firstView.setLabel("MyView"); //Create a "view" //Graph PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph; firstGraph.setLabel("位置-时间 图像"); firstGraph.setUnitX("s"); firstGraph.setUnitY("mm"); firstGraph.setLabelX("time"); firstGraph.setLabelY("displacemet"); //Value PhyphoxBleExperiment::Value firstValue; //Creates a value-box. firstValue.setLabel("距离值："); //Sets the label firstValue.setPrecision(3); //The amount of digits shown after the decimal point. firstValue.setUnit("mm"); //The physical unit associated with the displayed value. firstValue.setColor("FFFFFF"); //Sets font color. Uses a 6 digit hexadecimal value in "quotation marks". firstValue.setChannel(2); firstValue.setXMLAttribute("size=\"2\""); firstGraph.setChannel(0, 1); firstView.addElement(firstGraph); firstView.addElement(firstValue); //attach value to view plotVoltage.addView(firstView); PhyphoxBLE::addExperiment(plotVoltage); //以下可离开Phyphox使用串口调试 Serial.begin(115200); // wait for serial port to open on native usb devices while (!Serial) { delay(1); } Serial.println("Adafruit VL6180x test!"); if (! vl.begin()) { Serial.println("Failed to find sensor"); while (1); } Serial.println("Sensor found!"); } void loop() { float lux = vl.readLux(VL6180X_ALS_GAIN_5); //Serial.print("Lux: "); Serial.println(lux); uint8_t range = vl.readRange(); uint8_t status = vl.readRangeStatus(); if (status == VL6180X_ERROR_NONE) { Serial.print("Range: "); Serial.println(range); fV = float(range); } else { fV = -1.00; } // Some error occurred, print it out! if ((status >= VL6180X_ERROR_SYSERR_1) && (status <= VL6180X_ERROR_SYSERR_5)) { Serial.println("System error"); } else if (status == VL6180X_ERROR_ECEFAIL) { Serial.println("ECE failure"); } else if (status == VL6180X_ERROR_NOCONVERGE) { Serial.println("No convergence"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEIGNORE) { Serial.println("Ignoring range"); } else if (status == VL6180X_ERROR_SNR) { Serial.println("Signal/Noise error"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RAWUFLOW) { Serial.println("Raw reading underflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RAWOFLOW) { Serial.println("Raw reading overflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEUFLOW) { Serial.println("Range reading underflow"); } else if (status == VL6180X_ERROR_RANGEOFLOW) { Serial.println("Range reading overflow"); } PhyphoxBLE::write(fV,fV); delay(10); PhyphoxBLE::poll(); }所有用到的文件我已经放百度网盘了，大家自行下载即可：{cloud title="arduino源文件下载" type="bd" url="https://pan.baidu.com/s/1iJvtCYAtiO3w7ILH91VG_w?pwd=xjp7 " password="xjp7"/}准确性验证： 将esp32和激光模块接入我设计的扩展板，接线很简单，scl接P21，sda接P22即可。 确定物体垂直于桌面， 将直尺0刻度线放在物体初始位置： 传感器读数，初步判断数据可靠：
