學習目標
- ✓理解 ToF 與反射光強弱量測的差異。
- ✓使用初始化與距離讀取積木取得毫米值。
- ✓比較不同物體距離與表面材質對量測的影響。
BATCH 01 · 已發布
SENSOR / LASER
雷射距離感測器（VL53L0X）用 940 nm ToF 測量物體與模組之間的距離
VL53L0X 透過 940 nm VCSEL 與飛行時間（ToF）原理測量距離，資料經 I2C 傳給 Arduino。它與反射式紅外線不同，教學重點是距離數值與量測限制。
入門45 分鐘Arduino UNO（需安裝 Adafruit VL53L0X Library）
READYDATA
SIGNAL STABLE雷射距離感測器（VL53L0X）
VIN/VCC / 5V 或依模組標示GND / GND
01 / PREPARE
課前準備
先確認這一課要學會什麼，以及桌面上需要哪些材料。
材料清單
1 個VL53L0X 雷射 ToF 模組確認模組已具備穩壓與 I2C 電平轉換，否則需依規格供電。
1 組Arduino UNO 與 USB 線UNO 的 I2C 為 A4/SDA、A5/SCL。
3 種不同材質的目標物例如白紙、黑紙與手掌。
02 / HOW IT WORKS
用光的飛行時間估算距離
感測器發出紅外線脈衝並量測回波到達時間，再轉換成距離；它不是可見光雷射測距儀，量測仍會受到目標大小、角度與環境影響。
初始化 I2C
啟動 Wire 與 VL53L0X 驅動程式。
執行量測
感測器發出 940 nm 光並等待回波。
取得毫米值
Blockly 距離積木回傳最新測量值。
DISTANCE FORMULAdistance_mm ≈ (light round-trip time) × c / 2
實際數值由感測器內部校正與演算法處理；學生只需把回傳值視為毫米距離。
03 / WIRING
接線配置
VL53L0X 使用 I2C，只需要供電、接地、SDA 與 SCL；若模組有 XSHUT 或 GPIO1，本篇先不使用。
MODULE雷射距離感測器（VL53L0X）VIN/VCCGNDSDASCL
CONTROLArduino UNO（需安裝 Adafruit VL53L0X Library）5V 或依模組標示GNDA4 / SDAA5 / SCL
| 模組腳位 | 接到控制板 | 訊號方向 | 檢查重點 |
|---|---|---|---|
| VIN/VCC | 5V 或依模組標示 | 電源 | 裸晶片模組不可直接接 5V，先看模組規格。 |
| GND | GND | 地線 | 建立共同地線。 |
| SDA | A4 / SDA | I2C 資料 | UNO 使用 A4 作為 SDA。 |
| SCL | A5 / SCL | I2C 時脈 | UNO 使用 A5 作為 SCL。 |
✓ WIRING ROWS ALIGNED
已將 4 條線路依同一筆資料逐列對齊；電壓仍須依手上模組版本確認。
04 / BLOCK GUIDE
本課會用到的積木
積木名稱與型別以桃園版 Blockly 現行程式為準，不以通用積木替代。
VL53L0X 初始化
BLOCK 01
taoyuan_vl53l0x_initVL53L0X 初始化
啟動 I2C 與距離感測器
位置：感測器 → 距離感測器 → 雷射（VL53L0X）VL53L0X 距離（mm）
BLOCK 02
taoyuan_vl53l0x_distanceVL53L0X 距離（mm）
取得目前距離值
位置：感測器 → 距離感測器 → 雷射（VL53L0X）- 單位
- mm回傳值以毫米表示。
序列埠列印
BLOCK 03
serial_println序列埠列印
觀察距離是否隨目標物移動而改變
位置：輸出等待
BLOCK 04
controls_delay等待
控制量測更新頻率
位置：控制05 / BLOCK EXAMPLE
做一把簡易電子尺
將 VL53L0X 距離值每 200 毫秒列印一次。
桃園版 BLOCKLY / WORKSPACE● BLOCK STYLE
Arduino 程式
初始化
VL53L0X 初始化
taoyuan_vl53l0x_init重複執行
arduino_delayVL53L0X 距離（mm）
taoyuan_vl53l0x_distance序列埠列印距離
serial_println等待 200 毫秒
controls_delay重複執行
VL53L0X 初始化
taoyuan_vl53l0x_init重複執行
arduino_delayVL53L0X 距離（mm）
taoyuan_vl53l0x_distance序列埠列印距離
serial_println等待 200 毫秒
controls_delayX / 010Y / 024
組合步驟
只初始化一次
把初始化積木放在啟動區。
為什麼：I2C 與感測器設定不需要每圈重設。改變物體距離
讓白紙、黑紙與手掌慢慢靠近或遠離。
為什麼：可觀察距離讀值對目標物的反應。討論量測範圍
記錄太近、太遠或斜放時的異常值。
為什麼：知道感測器的有效量測條件比只看一個數字重要。積木使用重點先辨認積木是「回傳值」還是「執行動作」，再放到正確的拼接位置。
taoyuan_vl53l0x_init：啟動 I2C 與距離感測器
EXAMPLE DOWNLOAD下載後即可練習
下載桃園版 Blockly 專案或對應的文字程式。
預期觀察結果
| 測試情境 | 可能讀值 | 判讀 |
|---|---|---|
| 目標物前後移動 | 距離毫米值大致跟著改變 | ToF 感測器將回波時間轉換成距離。 |
| 目標物太斜或太小 | 讀值可能不穩或超出範圍 | 回波能量與幾何角度會影響量測。 |
06 / CODE EXPLAINED
範例程式逐段解說
這段程式把「雷射距離感測器（VL53L0X）」的實體接線、桃園版 Blockly 積木與 Arduino 執行流程接在一起。先對照腳位，再看初始化、讀值、輸出與等待的順序；每一步都可以回到本頁的積木範例實測。
GENERATED LOGIC / EXCERPT積木背後的程式碼收合程式碼 −
TAOYUAN BLOCKLY / ARDUINO C++READ ONLY
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_VL53L0X.h>
Adafruit_VL53L0X lox;
void setup() {
Serial.begin(115200);
if (!lox.begin()) Serial.println("VL53L0X init failed");
}
void loop() {
VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;
lox.rangingTest(&measure, false);
if (measure.RangeStatus != 4) Serial.println(measure.RangeMilliMeter);
delay(200);
}SELF STUDY GUIDE先看哪一段、為什麼？
先載入函式庫與建立裝置
#include <Wire.h>函式庫提供桃園版 Blockly 產生器所需的底層功能；若這裡的函式庫或物件名稱不對，後面的 taoyuan_vl53l0x_init 就算接線正確也無法使用。
把程式腳位對回接線表
// VIN/VCC → 5V 或依模組標示、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL本頁接線是 VIN/VCC → 5V 或依模組標示、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL。程式常數、積木欄位與實體線材必須使用同一組設定；若改了其中一邊，另外兩邊也要一起改。
在 setup 只做一次初始化
void setup() {啟動序列埠、I²C／UART 或感測器初始化通常只需要做一次，所以要放在「初始化」區，不要每一圈重複建立裝置。這也對應範例中的啟動積木。
在 loop 更新並取得資料
void loop() {重複執行區先讓感測器更新，再讀取 VL53L0X 初始化。若元件有 data ready、可用性或逾時條件，先判斷狀態再使用數值，避免把無效資料當成真實測量。
輸出結果並控制取樣速度
if (!lox.begin()) Serial.println("VL53L0X init failed");先把原始值、單位或狀態送到序列埠，才能和預期結果比較；等待時間則決定更新速度。若看到亂碼，先檢查鮑率；若數值跳動，先增加合理的取樣間隔或做校正。
自學檢查
- 實體接線：VIN/VCC → 5V 或依模組標示、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL。
- 主要積木：taoyuan_vl53l0x_init；先確認它是回傳值還是執行動作。
- 本課板子：Arduino UNO（需安裝 Adafruit VL53L0X Library）；更換控制板或模組版本時，電壓、腳位與函式庫都要重新確認。
07 / DEBUG
常見問題與故障排除
先從「電源、接線、腳位、物體」四個方向檢查，再修改程式。
初始化失敗
先檢查：確認 SDA/SCL、供電與函式庫是否正確。
處理方式：依模組規格供電，並掃描 I2C 或重新插接 A4/A5。
距離一直是 0 或很大
先檢查：確認目標物在感測器視野內且不是太斜。
處理方式：使用較大的平面目標，正對感測器測試。
讀值偶爾跳動
先檢查：檢查目標物表面、環境光與固定方式。
處理方式：放慢更新速度並取多次讀值平均。
08 / NEXT MISSION
延伸挑戰
從顯示數值，逐步走向條件判斷、燈號回饋與雷達專題。
距離警示燈
題目：距離小於 100 mm 時點亮 LED。
解題方向
這題要延伸「VL53L0X 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。把結果接到題目指定的輸出元件。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 taoyuan_vl53l0x_init，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「距離小於 100 mm 時點亮 LED。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
量測反應時間
題目：比較不同延遲時間對資料更新速度的影響。
解題方向
這題要延伸「VL53L0X 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。先把資料整理成可觀察的序列埠或表格結果。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 taoyuan_vl53l0x_init，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「比較不同延遲時間對資料更新速度的影響。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
雙距離感測器
題目：使用不同 I2C 位址與 XSHUT 控制兩個 VL53L0X。
解題方向
這題要延伸「VL53L0X 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。先把資料整理成可觀察的序列埠或表格結果。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 taoyuan_vl53l0x_init，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「使用不同 I2C 位址與 XSHUT 控制兩個 VL53L0X。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
教師快速檢核4 POINT CHECK
- □ 能說明 ToF 與單純反射強度判斷的差異。
- □ 能完成 I2C 接線與初始化。
- □ 能以毫米值設計一個距離條件。
09 / EVIDENCE資料來源與版本展開查看 ＋
原廠文件桃園版 Blockly
VL53L0X product pageSTMicroelectronics
↗原廠文件確認 940 nm VCSEL、ToF、I2C 與最遠約 2 m 的產品特性。
VL53L0X datasheetSTMicroelectronics
↗補充感測器原理、量測與安全資訊。
桃園版 Blockly VL53L0X 積木桃園版 Blockly
LOCAL對照初始化與距離（mm）積木及 Adafruit library 產生器。