Osm důležitých bodů, které byste měli vědět o VL53L0X

1. Co je VL53L0X?

VL53L0X je pokročilý senzor měření vzdálenosti na principu doby letu (ToF), vyráběný společností STMicroelectronics. Používá inovativní technologii vertikální dutinové povrchově emitující laserové diody (VCSEL) k přesnému měření vzdálenosti mezi cílem a senzorem pro různé aplikační scénáře, jako jsou chytré telefony, drony, robotická navigace, chytré domácnosti atd. Díky vysoké rychlosti, vysoké přesnosti a vysoké odolnosti vůči rušení poskytuje VL53L0X kontinuální měření vzdálenosti od několika centimetrů až po několik metrů.

2. Zásady

Vertikální dutinový povrchový vyzařující laser (VCSEL) s vlnovou délkou 940 nm se používá k vyzařování laserového světla, které se po dopadu na překážku odráží zpět k VL53L0X, a měří se doba šíření laserového světla ve vzduchu, aby se získala vzdálenost.

3. Specifikace

Ultra malá velikost: 4,4 x 2,4 x 1,0 mm
Provozní napětí: 2,6V-5V DC
940 nm infračervené světlo
Velmi rychlá odezva (50 ms)
Rozsah: Normální režim 0 - 1000mm, Dálkový režim 0 - 2000mm
Odchylka 1 % na vzdálenost 1 metr (více než 10 % na vzdálenost 2 metry)
Vyzařované laserové světlo je bezpečné pro oči a zcela neviditelné
Režim komunikace: IIC, 400KHz, adresa zařízení 0x52, nejnižší bit je příznak bit pro čtení/zápis. 0 znamená zápis, 1 znamená čtení. Proto při zápisu je těchto 8 bitů dat: 0101 0010, tj. 0x52. Při čtení je těchto 8 bitů dat: 0101 0011, tj. 0x53.

Na VL53L0X jsou dva otvory, jeden pro emisi laseru VCSEL a druhý pro detekční pole laseru SPAD.

1 stopa na straně velké díry

4. Pinout a schéma

1 pin AVDDVCSEL: kladné napájení VCSEL
2-pinový AVSSVCSEL: zem napájení VCSEL
3 piny, 4 piny, 6 pinů, 12 pinů GND: zem
Pin 5 XSHUT: řízení režimu napájení, pokud nepotřebujete funkci hibernace, tento pin může být přímo připojen k AVDD.
Pin 7 GPIO1: Výstup přerušení. Výstup s otevřeným kolektorem, proto musí být externě připojen pull-up rezistor.
Pin 8 DNC: Visící
Pin 9 a 10: IIC komunikační port
Pin 11 AVDD: kladné napájení

5. Stavový automat firmwaru

ST vybavil VL53L0X sadou API, která přímo zapouzdřují různé funkce, jako jsou: inicializace/kalibrace, spuštění/zastavení měření vzdálenosti, výběr přesnosti, výběr režimu měření vzdálenosti. Uživatelský aplikační program volá funkce v API, a poté API komunikuje s firmwarem ve VL53L0X přes IIC, který pak ovládá hardware.

Firmware ve VL53L0X funguje podle stavového automatu:

Po zapnutí se VL53L0X přepne do stavu Hw Standby, což je pohotovostní režim s velmi nízkou spotřebou energie. Poté připojte pin XSHUT na vysokou úroveň, aby se VL53L0X dostal do stavu Fw Boot a začal se připravovat na měření vzdálenosti. Pokud není potřeba pohotovostní režim, můžete připojit XSHUT k AVDD. VL53L0X nemůže komunikovat s IIC, když je v režimu spánku.

VL53L0X má 3 provozní režimy:

Režim jednoho kanálu: po přijetí příkazu zahájení měření rozsahu začne měřit a po dokončení měření automaticky ukončí měření a přejde do stavu Sw Standby.
Režim kontinuálního měření: Po přijetí příkazu spuštění rozsahu bude pokračovat v měření, dokud neobdrží příkaz zastavení rozsahu. Po přijetí příkazu zastavení bude dokončeno poslední měření před ukončením.
Režim kontinuálního intervalu: Po přijetí příkazu pro zahájení měření rozsahu začne měřit a po dokončení jednoho měření čeká po určitou dobu, než provede další měření, dokud neobdrží příkaz pro zastavení měření rozsahu. Čas čekání mezi měřeními je nastavitelný.

6. Opatření během používání

VL53L0X se obvykle používá v kombinaci s krycím sklíčkem. Krycí sklíčko má dva účely: poskytovat fyzickou ochranu před prachem a filtrovat světlo.

Krycí sklíčka jsou obvykle neprůhledná a mají buď dva kruhové otvory, nebo jeden eliptický otvor pro vysílání a přijímání infračerveného světla. Krycí sklíčka musí splňovat řadu optických požadavků, aby byla zajištěna schopnost měření vzdálenosti. Kvalita krycího sklíčka je měřena koeficientem propustnosti a koeficientem mlhy.

Existují dva parametry, na které je třeba dávat pozor: vzduchová mezera mezi VL53L0X a krycím sklíčkem a oblast rozšíření (vyloučená oblast) před VL53L0X, jak je znázorněno níže:

Když laserové světlo prochází krycím sklíčkem, část z něj se odráží a měli bychom minimalizovat odražené světlo. Vložené částice/díry a/nebo drsné povrchy jsou hlavními faktory rozptylu světla v krycích sklíčkách.

Ideální krycí sklíčko má následující vlastnosti:

(1) žádné strukturální vady v plastovém nebo skleněném materiálu

(2) žádné povrchové vady, které by mohly způsobit rozptyl světla otisky prstů nebo citlivost na šmouhy

(3) Propustnost >90 % v blízkém infračerveném spektru (940nm ± 10nm) a za podmínek nízké mlhavosti

(4) Vnější povlak (proti otiskům prstů nebo proti odrazům), který nesnižuje odolnost proti otiskům prstů

(5) Jednotný materiál. Použití dvou materiálů může ovlivnit výkon.

Ideální konstrukční návrh (konstrukce krycího sklíčka nad VL53L0X) má následující vlastnosti:

(1) Malá vzduchová mezera (<0,5 mm)

(2) Tenké krycí sklíčko

(3) Úhel náklonu mezi krycím sklíčkem a VL53L0X je menší než 2 stupně.

(4) těsné tolerance.

Vliv kvality krycího sklíčka na přenos laseru:

Doporučený konstrukční návrh: co nejmenší vzduchová mezera ('E' na obrázku níže) a tenké krycí sklíčka s vysokými koeficienty propustnosti ('D' na obrázku níže)

Pokud již nelze snížit vzduchovou mezeru a tloušťku krycího sklíčka, lze do mezery přidat podložky; podložky mohou pomoci snížit přeslech.

Krycí sklíčko musí být také rovnoběžné s VL53L0X

7. Kalibrační proces

Aby byla zajištěna přesnost, měl by uživatel provést kalibraci po určení svého prostředí použití (zda je zakryta skleněná krytka, teplota prostředí použití, napájecí napětí atd.). Proces je následující:

Kalibrace teploty je určení dvou parametrů závislých na teplotě: VHV a fázová kalibrace. Rekalibrace je vyžadována vždy, když je rozdíl teplot větší než 8 stupňů mezi prostředím, ve kterém je VL53L0X používán, a prostředím, ve kterém je kalibrován.

Kalibrace offsetu je posun mezi kalibrační vzdáleností času a měřenou vzdáleností, a obecně se doporučuje kalibrovat na 10 cm. Offset je obvykle pevná hodnota, při napájecím napětí, okolní teplotě, zda je přidán skleněný kryt atd., lze odečíst rozdíl mezi naměřenou hodnotou a skutečnou hodnotou, čímž lze získat offset.

Kalibrace CrossTalk: CrossTalk je přeslech, který je definován jako signál odražený zpět od krycího sklíčka. Pokud je přidáno skleněné krycí sklíčko, když laserový paprsek vychází z krycího sklíčka, část laserového světla se odrazí zpět jako interferenční signál. Velikost interferenčního signálu závisí na typu krycího sklíčka a velikosti vzduchové mezery. Velikost chyby vzdálenosti způsobené interferenčním signálem je úměrná poměru velikosti přeslechu k velikosti signálu vráceného z cíle.

8. Měření vzdáleností

Uživatel může získat data buď dotazováním, nebo přerušením

Polling: Musíte převzít iniciativu a přečíst si funkci API, abyste získali stav měření.

Přerušení: Když je měření dokončeno, VL53L0X odešle signál přerušení přes pin GPIO1.

Proces určování vzdálenosti

IIC zápis 1 bajtu dat

IIC čte 1 bajt dat

IIC zapisuje více bajtů dat

IIC čte více bajtů dat

Pokud pracujete na projektu používajícím VL53L0X, naše webové stránky nabízejí širokou škálu produktů VL53L0X a také můžeme vyrobit přizpůsobené VL53L0X podle vašich požadavků.

OpenELAB je jednotná vývojová platforma pro globální nadšence AIoT elektroniky a otevřená komunita pro elektronické inženýry. Kromě poskytování vývojových modulů online naše služby zahrnují také zakázkovou výrobu různých elektronických součástek, jako jsou mikrospínače a baterie, stejně jako plastové nebo kovové díly prostřednictvím 3D tisku, vstřikování, CNC, laserového řezání atd.

Kromě VL53L0X nabízí OpenELAB také další služby v oblasti získávání elektronických součástek, jako jsou senzory, displeje, IoT, a další. OpenELAB má uživatelsky přívětivou webovou stránku, která usnadňuje nalezení potřebných součástek, a nabízíme rychlé doručení zákazníkům po celém světě.

Navíc OpenELAB nabízí Design jako službu (DaaS) pro optimalizaci designu, Výroba jako služba (MaaS) pro výrobní výrobu, Řetězec dodávek jako služba (SaaS) pro podporu dodavatelského řetězce a Kvalita jako služba (QaaS) pro kontrolu kvality AIoT produktů přecházejících do hromadné výroby, zajišťující hladký přechod do fáze komerční výroby.

Nejdůležitější je, že OpenELAB je věnován budování globální open-source komunity pro vývojáře AIoT elektroniky. Prostřednictvím otevřené komunity OpenELAB mohou vývojáři v revoluci AIoT elektroniky spolupracovat, posilovat se navzájem a vytvářet kulturu vzájemného respektu a sdílení, která generuje více inovativních AIoT inteligentních hardwarových produktů pro svět.