Otte vigtige punkter, du skal kende til VL53L0X

1. Hvad er VL53L0X?

VL53L0X er en avanceret Time-of-Flight (ToF) afstandssensor, fremstillet af STMicroelectronics. Den bruger en innovativ vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) teknologi til præcist at måle afstanden mellem målet og sensoren til en række anvendelsesscenarier, såsom smartphones, droner, robotnavigation, smarte hjem osv. Med høj hastighed, høj nøjagtighed og høj immunitet over for interferens leverer VL53L0X kontinuerlige afstandsmålinger fra få centimeter til flere meter.

2. Principper

En 940nm Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) bruges til at udsende laserlyset, som reflekteres tilbage til VL53L0X efter at have ramt en forhindring, og udbredelsestiden for laserlyset i luften måles for at opnå afstanden.

3. Specifikationer

Ultra lille størrelse: 4,4 x 2,4 x 1,0 mm
Driftsspænding: 2,6V-5V DC
940 nm infrarødt lys
Meget hurtig respons (50 ms)
Rækkevidde: Normal tilstand 0 - 1000 mm, fjernbetjeningstilstand 0 - 2000 mm
Afvigelse på 1 % ved en afstand på 1 meter (mere end 10 % ved en afstand på 2 meter)
Udsendt laserlys er sikkert for øjnene og helt usynligt
Kommunikationsmode: IIC, 400KHz, enhedsadresse 0x52, det laveste bit er læse/skrive-flagbit. 0 betyder skriv, 1 betyder læs. Derfor, ved skrivning er disse 8-bit data: 0101 0010, dvs. 0x52. Ved læsning er disse 8-bit data: 0101 0011, dvs. 0x53.

Der er to huller på VL53L0X, et til VCSEL laserudsendelse og et til SPAD laserdetektionsarray

1 ben på den store hulside

4. Pinout & Skematisk

1 pin AVDDVCSEL: VCSEL strømforsyningspositiv
2-pin AVSSVCSEL: VCSEL strømforsyningsjord
3 pins, 4 pins, 6 pins, 12 pins GND: jord
Pin 5 XSHUT: strømtilstands-kontrol, hvis du ikke har brug for dvalefunktionen, kan denne pin forbindes direkte til AVDD.
Pin 7 GPIO1: Interrupt-udgang. Open-drain udgang, så der skal være ekstern pull-up.
Pin 8 DNC: Ubenyttet
Pin 9 og 10: IIC kommunikationsport
Pin 11 AVDD: positiv strømforsyning

5. Firmware-tilstandsmaskine

ST har udstyret VL53L0X med et sæt API'er, der direkte indkapsler forskellige funktioner såsom: initialisering/kalibrering, start/stop af afstandsmåling, valg af nøjagtighed, valg af afstandstilstand. Brugerens applikationsprogram kalder funktionerne i API'en, og API'en kommunikerer derefter med firmwaren i VL53L0X via IIC, som så styrer hardwaren.

Firmwaren i VL53L0X fungerer efter en tilstandsmaskine:

Når den tændes, går VL53L0X ind i Hw Standby-tilstand, som er en standby-tilstand med meget lavt strømforbrug. Træk derefter XSHUT-pinden op for at sætte VL53L0X i Fw Boot-tilstand for at begynde forberedelsen til afstandsmåling. Hvis standby-tilstanden ikke er nødvendig, kan du forbinde XSHUT til AVDD. VL53L0X kan ikke kommunikere med IIC, når den er i dvaletilstand.

VL53L0X har 3 driftsformer:

Enkelt tilstand: efter modtagelse af startkommandoen for afstand, begynder den at måle, og afslutter automatisk og går ind i Sw Standby-tilstand efter målingen er fuldført.
Kontinuerlig tilstand: Efter modtagelse af startkommandoen for afstand, fortsætter den med at måle, indtil den modtager stopkommandoen for afstand. Når stopkommandoen modtages, fuldføres den sidste måling, før den afsluttes.
Kontinuerlig intervaltilstand: Efter modtagelse af startkommandoen for afstand, begynder den at måle, og efter at have fuldført en måling, venter den i en periode, før den tager næste måling, indtil den modtager stopkommandoen for afstand. Ventetiden mellem målinger kan justeres.

6. Forholdsregler under brug

VL53L0X bruges normalt i kombination med et dækglas. Dækglasset tjener to formål: at give fysisk beskyttelse mod støv og at filtrere lys.

Dækglas er normalt uigennemsigtige og har enten to cirkulære huller eller et elliptisk hul til at udsende og modtage infrarødt lys. Dækglas skal opfylde en række optiske krav for at sikre afstandsmålingsevne. Kvaliteten af dækglasset måles ved transmissionskoefficienten og tågekoefficienten.

Der er to parametre, man skal være opmærksom på: luftmellemrummet mellem VL53L0X og dækglasvinduet samt udvidelsesområdet (udelukkelsesområdet) foran VL53L0X, som vist nedenfor:

Når laserlys passerer gennem et dækglas, reflekteres noget af det, og vi bør minimere det reflekterede lys. Indlejrede partikler/huller og/eller ru overflader er de vigtigste faktorer for lys-spredning i dækglas.

Det ideelle dækglas har følgende egenskaber:

(1) ingen strukturelle fejl i plast- eller glasmaterialet

(2) ingen overfladefejl, der kan forårsage fingeraftrykslys-spredning eller følsomhed over for pletter

(3) Transmittans >90 % i nær-infrarødt område (940nm ± 10nm) og under lav disforhold

(4) Ekstern belægning (anti-fingeraftryk eller anti-refleksbelægning), der ikke reducerer fingeraftryksimmunitet

(5) Én type materiale. Brug af to materialer kan ændre ydeevnen.

Det ideelle strukturelle design (strukturen af et dæksel over VL53L0X) har følgende egenskaber:

(1) Lille luftgab (<0,5 mm)

(2) Tyndt dæksel

(3) Vinklen mellem dækslet og VL53L0X er mindre end 2 grader.

(4) stramme tolerancer.

Effekt af dækslets kvalitet på lasertransmission:

Anbefalet strukturel design: mindste mulige luftgab ('E' i figuren nedenfor) og tynde dæksler med høje transmissionskoefficienter ('D' i figuren nedenfor)

Hvis luftmellemrummet og dækslets tykkelse ikke længere kan reduceres, kan afstandsstykker tilføjes i mellemrummet; afstandsstykker kan hjælpe med at reducere krydstale.

Dækslet skal også være parallelt med VL53L0X

7. Kalibreringsproces

For at sikre nøjagtigheden bør brugeren udføre en kalibrering efter at have fastlagt sit anvendelsesmiljø (om glasset er dækket, brugsmiljøets temperatur, forsyningsspænding osv.). Processen er som følger:

Temperaturkalibrering er bestemmelsen af to temperaturafhængige parametre: VHV og fasekalibrering. Rekalibrering er nødvendig hver gang, der er en temperaturforskel på mere end 8 grader mellem det miljø, hvor VL53L0X anvendes, og det miljø, hvor det kalibreres.

Offsetkalibrering er offsettet mellem kalibreringstidens afstand og måleafstanden, og det anbefales generelt at kalibrere ved 10 cm. Offset er generelt en fast værdi; når forsyningsspændingen, omgivelsestemperaturen, om der tilføjes et glascover osv., aflæses den målte værdi og den faktiske værdi, kan forskellen mellem dem bruges til at bestemme offset.

CrossTalk-kalibrering: CrossTalk er krydstale, som defineres som signalet, der reflekteres tilbage fra coverslippen. Hvis der tilføjes et glascoverglas, vil en del af laserlyset, når det skydes ud af coverglasset, blive reflekteret tilbage som et interferenssignal. Størrelsen af interferenssignalet afhænger af typen af coverslip og størrelsen af luftmellemrummet. Størrelsen af afstandsfejlen, der produceres af interferenssignalet, er proportional med forholdet mellem størrelsen af krydstalen og størrelsen af signalet, der returneres fra målet.

8. Rækkefølge

Brugeren kan få data ved polling eller afbrydelse

Polling: Du skal selv aktivt læse API-funktionen for at få målingsstatus.

Afbrud: Når en måling er fuldført, sender VL53L0X et afbrudssignal gennem GPIO1-pinden.

Rækkefølgesproces

IIC skriver 1 byte data

IIC læser 1 byte data

IIC skriver flere bytes data

IIC læser flere bytes data

Hvis du arbejder på et projekt med VL53L0X, tilbyder vores hjemmeside et bredt udvalg af VL53L0X-produkter, og vi kan også producere tilpassede VL53L0X baseret på dine krav.

OpenELAB er en alt-i-en udviklingsplatform for globale AIoT elektronikentusiaster og et open source-fællesskab for elektronikingeniører. Udover at tilbyde udviklermoduler online inkluderer vores tjenester også tilpasset produktion af forskellige elektroniske dele såsom mikrobrydere og batterier samt plast- eller metaldele gennem 3D-printning, sprøjtestøbning, CNC, laserskæring osv.

Ud over VL53L0X tilbyder OpenELAB også andre tjenester til sourcing af elektroniske komponenter såsom sensorer, displays, IoT, og mere. OpenELAB har en brugervenlig hjemmeside, der gør det nemt at finde de komponenter, du har brug for, og vi tilbyder hurtig levering til kunder over hele verden.

Desuden tilbyder OpenELAB Design som en Service (DaaS) til designoptimering, Fremstilling som en Service (MaaS) til produktionsfremstilling, Supply Chain som en Service (SaaS) til forsyningskædestøtte, og Kvalitet som en Service (QaaS) til kvalitetskontrol af AIoT-produkter, der overgår til masseproduktion, hvilket sikrer en glidende overgang til den kommercielle produktionsfase.

Frem for alt er OpenELAB dedikeret til at opbygge et globalt open source-fællesskab for AIoT-elektronikudviklere. Gennem OpenELABs åbne fællesskab kan udviklere i AIoT-elektronikkens revolution samarbejde, styrke hinanden og skabe en kultur af gensidig respekt og samarbejdende deling, hvilket skaber flere innovative AIoT-intelligente hardwareprodukter til verden.