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VL53L0XレーザーToFセンサで液面レベルを高精度検出(Arduino)

必要な部品と材料

Arduino UNO ×1
ProtoCentral VL53L0X レーザーToFセンサ ブレークアウトボード ×1

使用するアプリとオンラインサービス

プロジェクト概要

液面レベル測定は、工業用から家庭用(水槽の水位管理など)まで幅広く用いられます。従来は液体に浸したプローブ間の導電率(抵抗変化)を測る方法や、フロート式の機械的なセンサが一般的でした。しかし、これらは液体に接触するため、以下の課題があります。

なぜ従来法が使えなかったか

今回の用途では、液体の性質上、容器内部にセンサを設置できませんでした。食品を扱う場合も、食品衛生規格に適合したセンサの調達や管理が課題になります。

そこで、非接触・非侵襲なレーザーToF(Time-of-Flight)センサを用いるアプローチを採用しました。液体汚染のリスクが完全に排除されます。

実装方法

VL53L0XレーザーToFセンサで液面レベルを高精度検出(Arduino)

ProtoCentralのブレークアウトボードには、STマイクロエレクトロニクス製VL53L0Xが搭載されています。このセンサは不可視のIRレーザー光を対象物に照射し、反射光が検出器に戻るまでの時間を計測して距離を求めます。最大測定距離は2メートルですが、水槽実験では2mmの分解能で水位を検出できました。

VL53L0XレーザーToFセンサで液面レベルを高精度検出(Arduino)

センサボードは、Bluetoothモジュール内蔵のArduino互換ボード「ProtoFly」に接続し、Li-ionバッテリでワイヤレス化しました。このユニットを水槽の上部に固定し、小型ポンプで注水する様子を計測します。

VL53L0XレーザーToFセンサで液面レベルを高精度検出(Arduino)

高さデータはBluetooth経由でPCへ送信し、Processing製のGUIでリアルタイムに記録・表示します。

結果

非接触・非侵襲な手法で、信頼性の高い液面計測が少ないインターフェース作業で実現できました。Fritzing用の配線ガイドも近日公開予定ですが、Arduinoへの接続はライブラリとサンプルコードが提供されており、直感的に行えます。

コードとリソース

ProtoCentral VL53L0X ブレークアウトボード ライブラリ

GitHubリポジトリ

回路図(ハードウェア設計ファイル)

GitHubハードウェアフォルダ

製造プロセス

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