Åtta viktiga punkter du behöver veta om VL53L0X

1. Vad är VL53L0X?

VL53L0X är en avancerad Time-of-Flight (ToF) avståndssensor, tillverkad av STMicroelectronics. Den använder en innovativ vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)-teknik för att noggrant mäta avståndet mellan målet och sensorn för olika applikationsscenarier, såsom smartphones, drönare, robotnavigering, smarta hem med mera. Med hög hastighet, hög noggrannhet och hög störningsimmunitet erbjuder VL53L0X kontinuerliga avståndsmätningar från några centimeter till flera meter.

2. Principer

En 940 nm Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) används för att sända ut laserljuset, som reflekteras tillbaka till VL53L0X efter att ha träffat ett hinder, och ljusets gångtid i luften mäts för att bestämma avståndet.

3. Specifikationer

Ultrasmå mått: 4,4 x 2,4 x 1,0 mm
Driftspänning: 2,6V-5V DC
940 nm infrarött ljus
Mycket snabb respons (50 ms)
Räckvidd: Normalt läge 0 - 1000 mm, fjärrläge 0 - 2000 mm
Avvikelse på 1 % på ett avstånd av 1 meter (mer än 10 % på ett avstånd av 2 meter)
Utsänt laserljus är säkert för ögonen och helt osynligt.
Kommunikationsläge: IIC, 400KHz, enhetsadress 0x52, den lägsta biten är läs-/skrivflaggan. 0 betyder skriv, 1 betyder läs. Därför, vid skrivning, är denna 8-bitars data: 0101 0010, dvs 0x52. Vid läsning är denna 8-bitars data: 0101 0011, dvs 0x53.

Det finns två hål på VL53L0X, ett för VCSEL-laserutsläpp och ett för SPAD-laserdetektionsmatrisen

1 ben på den stora hålsidan

4. Pinout & Schema

1-stift AVDDVCSEL: VCSEL strömförsörjning positiv
2-stift AVSSVCSEL: VCSEL strömförsörjningsjord
3 stift, 4 stift, 6 stift, 12 stift GND: jord
Stift 5 XSHUT: strömlägeskontroll, om du inte behöver vilolägesfunktionen kan detta stift kopplas direkt till AVDD.
Stift 7 GPIO1: Avbrottsutgång. Open-drain-utgång, så måste ha extern pull-up.
Stift 8 DNC: Obundet
Stift 9 och 10: IIC-kommunikationsport
Stift 11 AVDD: strömförsörjning positiv

5. Firmware-tillståndsmaskin

ST har utrustat VL53L0X med ett set API:er som direkt kapslar in olika funktioner såsom: initialisering/kalibrering, start/stopp av mätning, val av noggrannhet, val av mätläge. Användarens applikationsprogram anropar funktionerna i API:et, och sedan kommunicerar API:et med firmware i VL53L0X via IIC, som sedan styr hårdvaran.

Firmware i VL53L0X fungerar enligt en tillståndsmaskin:

När den är påslagen går VL53L0X in i Hw Standby-läget, vilket är ett viloläge med mycket låg strömförbrukning. Dra sedan upp XSHUT-stiftet för att sätta VL53L0X i Fw Boot-läget för att börja förbereda mätning. Om viloläget inte behövs kan du koppla XSHUT till AVDD. VL53L0X kan inte kommunicera med IIC när den är i viloläge.

VL53L0X har 3 driftlägen:

Enkelt läge: efter att ha mottagit startkommandot för avstånd börjar den mäta och går automatiskt ut och går in i Sw Standby-läget efter att mätningen är klar.
Kontinuerligt läge: Efter att ha mottagit startkommandot för avstånd fortsätter den att mäta tills den mottar stoppkommandot för avstånd. När stoppkommandot tas emot slutförs den sista mätningen innan den avslutas.
Kontinuerligt intervalläge: Efter att ha mottagit startkommandot för avstånd börjar den mäta, och efter att ha slutfört en mätning väntar den en tid innan nästa mätning tas tills den mottar stoppkommandot för avstånd. Väntetiden mellan mätningarna är justerbar.

6. Försiktighetsåtgärder vid användning

VL53L0X används normalt i kombination med ett täckglas. Täckglaset har två syften: att ge fysisk skydd mot damm och att filtrera ljus.

Täckglas är vanligtvis ogenomskinliga och har antingen två cirkulära hål eller ett elliptiskt hål för att sända och ta emot infrarött ljus. Täckglas måste uppfylla ett antal optiska krav för att säkerställa avståndsmätningens kapacitet. Kvaliteten på täckglaset mäts med transmissionskoefficienten och diskoefficienten.

Det finns två parametrar att vara medveten om: luftgapet mellan VL53L0X och täckglasfönstret samt expansionsområdet (exklusionsområdet) framför VL53L0X, som visas nedan:

När laserljus passerar genom ett täckglas reflekteras en del av det och vi bör minimera det reflekterade ljuset. Inbäddade partiklar/hål och/eller grova ytor är de främsta faktorerna för ljusspridning i täckglas.

Den idealiska täckglaset har följande egenskaper:

(1) inga strukturella defekter i plast- eller glasmaterialet

(2) inga ytfel som kan orsaka ljusspridning från fingeravtryck eller känslighet för fläckar

(3) Transmittans >90 % i närinfrarött (940 nm ± 10 nm) och låga disförhållanden

(4) Yttre beläggning (anti-fingeravtryck eller antireflexbeläggning) som inte minskar fingeravtrycksresistensen

(5) Enkelt material. Användning av dubbla material kan förändra prestandan.

Den idealiska strukturella designen (strukturen av ett glaslock över VL53L0X) har följande egenskaper:

(1) Litet luftgap (<0,5 mm)

(2) Tunt glaslock

(3) Lutningsvinkel mellan glaslocket och VL53L0X är mindre än 2 grader.

(4) strikta toleranser.

Effekt av glaslockets kvalitet på lasertransmission:

Rekommenderad strukturell design: minsta möjliga luftgap ('E' i figuren nedan) och tunna glaslock med höga transmissionskoefficienter ('D' i figuren nedan)

Om luftgapet och glaslockets tjocklek inte längre kan minskas kan distanser läggas till i gapet; distanser kan hjälpa till att minska korsprat.

Glaslocket måste också vara parallellt med VL53L0X

7. Kalibreringsprocess

För att säkerställa noggrannheten bör användaren utföra en kalibrering efter att ha fastställt sin användningsmiljö (om glaslocket ska täckas, användningstemperatur, strömförsörjningsspänning etc.). Processen är följande:

Temperaturkalibrering är bestämningen av två temperaturberoende parametrar: VHV och fas-kalibrering. Omakalibrering krävs varje gång det är en temperaturskillnad på mer än 8 grader mellan miljön där VL53L0X används och miljön där den kalibreras.

Offsetkalibrering är offseten mellan kalibreringstidens avstånd och mätningsavståndet, och rekommenderas generellt att kalibreras vid 10 cm. Offset är vanligtvis ett fast värde, när matningsspänningen, omgivningstemperaturen, om ett glaslock läggs till etc., kan skillnaden mellan det uppmätta värdet och det faktiska värdet läsas ut som offset.

CrossTalk-kalibrering: CrossTalk är korsprat, vilket definieras som signalen som studsar tillbaka från skyddsglaset. Om ett glaslock läggs till, när laserljuset skjuts ut genom glaslocket, kommer en del av laserljuset att reflekteras tillbaka som en störningssignal. Storleken på störningssignalen beror på typen av skyddsglas och storleken på luftgapet. Storleken på avståndsfel som orsakas av störningssignalen är proportionell mot förhållandet mellan storleken på korspratet och storleken på signalen som återvänder från målet.

8. Avståndsmätning

Användaren kan hämta data genom polling eller avbrott

Polling: Du måste själv läsa API-funktionen för att få mätningsstatus.

Avbrott: När en mätning är klar skickar VL53L0X en avbrottssignal via GPIO1-stiftet.

Avståndsmätning

IIC skriver 1 byte data

IIC läser 1 byte data

IIC skriver flera byte data

IIC läser flera byte data

Om du arbetar med ett projekt som använder VL53L0X, erbjuder vår webbplats ett brett utbud av VL53L0X-produkter, och vi kan också producera anpassade VL53L0X baserat på dina krav.

OpenELAB är en allt-i-ett utvecklingsplattform för globala AIoT-elektronikentusiaster och en öppen källkodscommunity för elektronikingenjörer. Förutom att tillhandahålla utvecklarmoduler online inkluderar våra tjänster även anpassad tillverkning av olika elektroniska delar såsom mikrobrytare och batterier, samt plast- eller metalldelar genom 3D-utskrift, formsprutning, CNC, laserskärning med mera.

Förutom VL53L0X erbjuder OpenELAB andra tjänster för inköp av elektroniska komponenter såsom sensorer, displayer, IoT, och mer. OpenELAB har en användarvänlig webbplats som gör det enkelt att hitta de komponenter du behöver, och vi erbjuder snabb leverans till kunder över hela världen.

Dessutom erbjuder OpenELAB Design som en tjänst (DaaS) för designoptimering, Tillverkning som en tjänst (MaaS) för produktionsframställning, Supply Chain som en tjänst (SaaS) för stöd i leveranskedjan, och Kvalitet som en tjänst (QaaS) för kvalitetskontroll av AIoT-produkter som övergår till massproduktion, vilket säkerställer en smidig övergång till den kommersiella produktionsfasen.

Framför allt är OpenELAB dedikerat till att bygga ett globalt open-source-community för AIoT-elektronikutvecklare. Genom OpenELAB:s öppna community kan utvecklare i AIoT-elektronikrevolutionen samarbeta, stärka varandra och skapa en kultur av ömsesidig respekt och samarbetsdelning, vilket genererar fler innovativa AIoT-intelligenta hårdvaruprodukter för världen.