Osiem ważnych punktów, które musisz znać dotyczących VL53L0X

1. Czym jest VL53L0X?

VL53L0X to zaawansowany czujnik pomiaru odległości metodą czasu przelotu (ToF), produkowany przez STMicroelectronics. Wykorzystuje innowacyjną technologię lasera emitującego z powierzchni pionowej wnęki rezonansowej (VCSEL) do dokładnego pomiaru odległości między celem a czujnikiem w różnych scenariuszach zastosowań, takich jak smartfony, drony, nawigacja robotów, inteligentne domy itp. Charakteryzując się dużą szybkością, wysoką dokładnością oraz wysoką odpornością na zakłócenia, VL53L0X zapewnia ciągłe pomiary odległości w zakresie od kilku centymetrów do kilku metrów.

2. Zasady

Laser pionowej jamy rezonansowej emitujący światło o długości 940 nm (VCSEL) jest używany do emisji światła laserowego, które po odbiciu od przeszkody wraca do VL53L0X, a czas propagacji światła laserowego w powietrzu jest mierzony w celu uzyskania odległości.

3. Specyfikacje

Ultra mały rozmiar: 4,4 x 2,4 x 1,0 mm
Napięcie robocze: 2,6V-5V DC
światło podczerwone 940 nm
Bardzo szybka odpowiedź (50 ms)
Zakres: tryb normalny 0 - 1000mm, tryb zdalny 0 - 2000mm
Odchylenie o 1% na odległości 1 metra (ponad 10% na odległości 2 metrów)
Emitowane światło laserowe jest bezpieczne dla oczu i całkowicie niewidoczne
Tryb komunikacji: IIC, 400KHz, adres urządzenia 0x52, najniższy bit to bit flagi odczytu/zapisu. 0 oznacza zapis, 1 oznacza odczyt. Dlatego podczas zapisu, te 8-bitowe dane to: 0101 0010, czyli 0x52. Podczas odczytu, te 8-bitowe dane to: 0101 0011, czyli 0x53.

Na VL53L0X znajdują się dwa otwory, jeden do emisji lasera VCSEL i jeden do matrycy detekcji lasera SPAD

1 stopa po stronie dużego otworu

4. Rozmieszczenie pinów i schemat

1 pin AVDDVCSEL: dodatnie zasilanie VCSEL
2-pinowy AVSSVCSEL: uziemienie zasilania VCSEL
3 piny, 4 piny, 6 pinów, 12 pinów GND: uziemienie
Pin 5 XSHUT: kontrola trybu zasilania, jeśli nie potrzebujesz funkcji hibernacji, ten pin można bezpośrednio podłączyć do AVDD.
Pin 7 GPIO1: Wyjście przerwania. Wyjście typu open-drain, więc wymaga zewnętrznego podciągnięcia.
Pin 8 DNC: Zwisający
Pin 9 i 10: port komunikacyjny IIC
Pin 11 AVDD: dodatnie zasilanie

5. Maszyna stanów oprogramowania układowego

ST wyposażyło VL53L0X w zestaw interfejsów API, które bezpośrednio enkapsulują różne funkcje, takie jak: inicjalizacja/kalibracja, rozpoczęcie/zatrzymanie pomiaru zasięgu, wybór dokładności, wybór trybu zasięgu. Program użytkownika wywołuje funkcje w API, a następnie API komunikuje się z oprogramowaniem układowym w VL53L0X za pośrednictwem IIC, które następnie obsługuje sprzęt.

Oprogramowanie układowe w VL53L0X działa zgodnie z maszyną stanów:

Po włączeniu zasilania, VL53L0X przechodzi w stan Hw Standby, który jest stanem czuwania o bardzo niskim zużyciu energii. Następnie należy podciągnąć pin XSHUT, aby przełączyć VL53L0X w stan Fw Boot i rozpocząć przygotowania do pomiaru odległości. Jeśli stan czuwania nie jest potrzebny, można podłączyć XSHUT do AVDD. VL53L0X nie może komunikować się z IIC, gdy jest w stanie uśpienia.

VL53L0X ma 3 tryby pracy:

Tryb pojedynczy: po otrzymaniu polecenia rozpoczęcia pomiaru, rozpoczyna pomiar i automatycznie wychodzi oraz przechodzi do stanu gotowości Sw po zakończeniu pomiaru.
Tryb ciągły: Po otrzymaniu polecenia rozpoczęcia pomiaru zakresu, będzie kontynuować pomiary aż do otrzymania polecenia zatrzymania pomiaru. Po otrzymaniu polecenia zatrzymania, ostatni pomiar zostanie zakończony przed wyjściem.
Tryb ciągłego interwału: Po otrzymaniu polecenia rozpoczęcia pomiaru, rozpoczyna pomiar, a po zakończeniu jednego pomiaru czeka przez określony czas przed wykonaniem kolejnego pomiaru, aż do otrzymania polecenia zatrzymania pomiaru. Czas oczekiwania między pomiarami jest regulowany.

6. Środki ostrożności podczas użytkowania

VL53L0X jest zazwyczaj używany w połączeniu z osłoną szklaną. Osłona szklana pełni dwie funkcje: zapewnia ochronę fizyczną przed kurzem oraz filtruje światło.

Szklane nakrywy są zazwyczaj nieprzezroczyste i mają albo dwa okrągłe otwory, albo jeden eliptyczny otwór do emisji i odbioru światła podczerwonego. Nakrywy muszą spełniać szereg wymagań optycznych, aby zapewnić zdolność pomiaru odległości. Jakość nakrywy mierzy się współczynnikiem transmisji oraz współczynnikiem mętnienia.

Należy zwrócić uwagę na dwa parametry: szczelinę powietrzną między VL53L0X a szybą osłonową oraz obszar rozszerzenia (obszar wykluczenia) przed VL53L0X, jak pokazano poniżej:

Gdy światło laserowe przechodzi przez szkiełko nakrywkowe, część z niego jest odbijana i powinniśmy zminimalizować odbite światło. Osadzone cząstki/otwory i/lub chropowate powierzchnie są głównymi czynnikami rozpraszania światła w szkiełkach nakrywkowych.

Idealna przykrywka ma następujące cechy:

(1) brak wad strukturalnych w materiale plastikowym lub szklanym

(2) brak defektów powierzchni, które mogą powodować rozpraszanie światła od odcisków palców lub wrażliwość na zabrudzenia

(3) Przepuszczalność >90% w bliskiej podczerwieni (940nm ± 10nm) i przy niskim zamgleniu

(4) Powłoka zewnętrzna (przeciw odciskom palców lub przeciwodblaskowa), która nie zmniejsza odporności na odciski palców

(5) Pojedynczy materiał. Użycie dwóch materiałów może zmienić wydajność.

Idealna konstrukcja strukturalna (konstrukcja przykrywki nad VL53L0X) ma następujące cechy:

(1) Mała szczelina powietrzna (<0,5 mm)

(2) Cienka przykrywka

(3) Kąt nachylenia między szkiełkiem nakrywkowym a VL53L0X jest mniejszy niż 2 stopnie.

(4) ścisłe tolerancje.

Wpływ jakości szkiełka nakrywkowego na transmisję laserową:

Zalecana konstrukcja strukturalna: możliwie najmniejsza szczelina powietrzna ('E' na rysunku poniżej) oraz cienkie szkiełka nakrywkowe o wysokich współczynnikach transmisji ('D' na rysunku poniżej)

Jeśli szczelina powietrzna i grubość szkiełka nakrywkowego nie mogą być już zmniejszone, do szczeliny można dodać podkładki; podkładki mogą pomóc zmniejszyć przesłuch.

Szklana nakładka musi być również równoległa do VL53L0X

7. Proces kalibracji

Aby zapewnić dokładność, użytkownik powinien przeprowadzić kalibrację po określeniu swojego środowiska użytkowania (czy przykryć szklaną pokrywę, temperatura środowiska użytkowania, napięcie zasilania itp.). Proces przebiega następująco:

Kalibracja temperatury to określenie dwóch parametrów zależnych od temperatury: VHV i kalibracji fazy. Ponowna kalibracja jest wymagana za każdym razem, gdy różnica temperatur przekracza 8 stopni między środowiskiem, w którym używany jest VL53L0X, a środowiskiem, w którym jest kalibrowany.

Kalibracja przesunięcia to różnica między czasem kalibracji a odległością pomiaru i zazwyczaj zaleca się kalibrację na 10 cm. Przesunięcie jest zazwyczaj wartością stałą; przy napięciu zasilania, temperaturze otoczenia, obecności lub braku szklanego pokrycia itp., odczytana różnica między wartością zmierzoną a rzeczywistą pozwala uzyskać przesunięcie.

Kalibracja CrossTalk: CrossTalk to przesłuch, który definiuje się jako sygnał odbijający się od szkiełka nakrywkowego. Jeśli dodane jest szklane szkiełko nakrywkowe, gdy światło lasera przechodzi przez szkiełko, część światła lasera zostanie odbita jako sygnał interferencyjny. Wielkość sygnału interferencyjnego zależy od rodzaju szkiełka nakrywkowego i wielkości szczeliny powietrznej. Wielkość błędu odległości wywołanego przez sygnał interferencyjny jest proporcjonalna do stosunku wielkości przesłuchu do wielkości sygnału zwróconego z celu.

8. Zasięg

Użytkownik może uzyskać dane przez odpytywanie lub przerwanie

Pobieranie danych: Musisz podjąć inicjatywę, aby odczytać funkcję API w celu uzyskania statusu pomiaru.

Przerwanie: Gdy pomiar zostanie zakończony, VL53L0X wysyła sygnał przerwania przez pin GPIO1.

Proces zakresu

IIC zapisuje 1 bajt danych

IIC odczytuje 1 bajt danych

IIC zapisuje wiele bajtów danych

IIC odczytuje wiele bajtów danych

Jeśli pracujesz nad projektem wykorzystującym VL53L0X, nasza strona oferuje szeroką gamę produktów VL53L0X, a także możemy wyprodukować spersonalizowane VL53L0X zgodnie z Twoimi wymaganiami.

OpenELAB to platforma rozwojowa typu all-in-one dla globalnych entuzjastów elektroniki AIoT oraz społeczność open-source dla inżynierów elektroniki. Oprócz udostępniania modułów dla deweloperów online, nasze usługi obejmują również spersonalizowaną produkcję różnych części elektronicznych, takich jak mikroprzełączniki i baterie, a także części plastikowe lub metalowe poprzez druk 3D, formowanie wtryskowe, CNC, cięcie laserowe itd.

Oprócz VL53L0X, OpenELAB oferuje inne usługi zaopatrzenia w komponenty elektroniczne, takie jak czujniki, wyświetlacze, IoT, oraz więcej. OpenELAB posiada przyjazną dla użytkownika stronę internetową, która ułatwia znalezienie potrzebnych komponentów, a także oferuje szybką wysyłkę do klientów na całym świecie.

Co więcej, OpenELAB oferuje Projektowanie jako usługa (DaaS) dla optymalizacji projektów, Produkcję jako usługę (MaaS) dla produkcji, Łańcuch dostaw jako usługa (SaaS) dla wsparcia łańcucha dostaw oraz Jakość jako usługa (QaaS) dla kontroli jakości produktów AIoT przechodzących do produkcji masowej, zapewniając płynne przejście do fazy produkcji komercyjnej.

Co najważniejsze, OpenELAB jest zaangażowany w budowanie globalnej społeczności open-source dla deweloperów elektroniki AIoT. Poprzez otwartą społeczność OpenELAB, deweloperzy w rewolucji elektroniki AIoT mogą współpracować, wzajemnie się wspierać oraz tworzyć kulturę wzajemnego szacunku i współdzielenia, generując więcej innowacyjnych inteligentnych produktów sprzętowych AIoT dla świata.