Датчик відстані й освітлення VL6180X 60см від Pololu

Модуль є несучою платою для датчика наближення і зовнішньої освітленості ST VL6180X, який вимірює відстань до цільового об'єкта на відстані до 20 см (або 60 см зі зменшеною роздільною здатністю). VL6180X використовує вимірювання часу прольоту інфрачервоних імпульсів для визначення дальності, що дозволяє йому давати точні результати незалежно від кольору та поверхні мети. Вимірювання відстані та рівня навколишнього освітлення можуть бути прочитані через цифровий інтерфейс I²C. Плата оснащена лінійним стабілізатором 2,8 В і вбудованими перетворювачами рівня, які дозволяють їй працювати в діапазоні вхідної напруги від 2,7 до 5,5 В, а відстань між виводами 2.54 мм спрощує її використання зі стандартними макетними платами без паяння.

Огляд датчика:

VL6180X від ST Microelectronics - це датчик, який поєднує можливості вимірювання відстані та рівня навколишнього освітлення в одному корпусі. Ця плата є носієм для мікросхеми VL6180X, тому ми радимо уважно прочитати технічний опис VL6180X перед використанням цього продукту.

На відміну від простіших оптичних датчиків, які використовують інтенсивність відбитого світла для визначення об'єктів, VL6180 використовує технологію ST FlightSense для точного вимірювання того, скільки часу потрібно імпульсам випромінення інфрачервоного лазерного світла, щоб досягти найближчого об'єкта і відобразитися назад на детектор, що робить його, по факту, лідарним датчиком ближньої дії. Цей виміряний час польоту (TOF) дозволяє точно визначити абсолютну відстань до цілі з роздільною здатністю 1 мм без впливу відбивної здатності об'єкта на вимірювання. Датчик розрахований на виконання вимірювань дальності до 10 см (4 дюйми), але часто може забезпечити показання до 20 см (8 дюймів) з налаштуваннями за замовчуванням. Крім того, VL6180X може бути налаштований для вимірювання дальності до 60 см (24 дюйми) за рахунок зниження роздільної здатності, хоча успішне визначення дальності на таких великих відстанях буде значною мірою залежати від здатності, від відбивної здатності цілі і навколишнього середовища. (Додаткові відомості див. у розділі «Коефіцієнт масштабування діапазону» нижче.)

VL6180 також включає датчик зовнішнього освітлення або ALS, який може вимірювати інтенсивність зовнішнього освітлення. Вимірювання дальності та зовнішнього освітлення доступне через інтерфейс датчика I²C (TWI), який також використовується для налаштування параметрів датчика, а два незалежно програмованих контакти GPIO можуть бути налаштовані як виходи переривань.

VL6180X - відмінна ІС, але її невеликий безсвинцевий корпус LGA ускладнює його використання середнім студентом або любителем. Вона також працює при напругах нижче 3 В, що може утруднити сполучення для мікроконтролерів, що працюють на 3.3 В або 5 В. Пропонована плата вирішує ці проблеми, полегшуючи початок роботи з датчиком, зберігаючи при цьому загальний розмір якомога менше.

Несуча плата включає лінійний стабілізатор напруги з низьким падінням напруги, який забезпечує напругу 2.8 В, необхідну VL6180X, що дозволяє живити датчик від напруги живлення від 2.7 В до 5.5 В. Вихід регулятора доступний на контакті VDD і може видавати майже 150 мА на зовнішні пристрої. Плата також включає схему, яка зміщує тактову частоту I²C і лінії передачі даних на той же логічний рівень напруги, що і рівень напруги VIN, що спрощує сполучення плати з системами 3,3 В або 5 В, а відстань між контактами плати 2.54 мм полегшує її використання зі стандартними макетними платами без паяння з кроком 2.54 мм. Модуль повністю укомплектований компонентами SMD, включаючи VL6180X, як показано на малюнку продукту.

VL6180X графік типової вимірюваної відстані.

Характеристики:

• Розміри: 13 мм × 18 мм × 2 мм
• Вага без конекторів: 0,5 г
• Робоча напруга: від 2,7 до 5,5 В
• Споживаний струм: 5 мА (типовий; залежить від конфігурації, мети та середовища)
• Вихідний формат (I²C): 8-бітове зчитування на відстані (у міліметрах), 16-бітове зчитування навколишнього світла
• Діапазон вимірювання відстані: до 10 см (4") вказано; до 60 см (24") можливо зі зменшеною роздільною здатністю. Дивіться графік праворуч, щоб побачити типову продуктивність діапазону.
• Дальність понад 10 см можлива з певними цільовими відбивними характеристиками та умовами довкілля, але не гарантується специфікаціями. За замовчуванням датчик може вимірювати відстані до 20 см або може бути налаштований на вимірювання до 60 см зі зменшеною роздільною здатністю.

У технічному описі не вказано мінімальний діапазон, але, за досвідом, ефективна межа становить близько 1 см.

Компоненти, що входять до комплекту постачання:

Смуги прямих та кутових контактів 1×7 з кроком 2.54 мм включені у комплектацію датчика. Ви можете припаяти смугу конектора за вашим вибором до плати для використання з кабелями користувача або макетними платами без паяння або ви можете припаяти дроти безпосередньо до самої плати для більш компактних установок.

VL6180X Датчик відстані з комплектними контактами.

VL6180X Датчик відстані в макетній платі:

Плата має два монтажні отвори, розташовані на відстані 12.7 мм один від одного, які сумісні з гвинтами No 2 та M2 (не включені в комплект поставки).

Використання VL6180X:

Для використання плати VL6180X необхідно не менше чотирьох з'єднань: VIN, GND, SCL та SDA. Контакт VIN повинен бути підключений до джерела живлення від 2.7 до 5.5 В, а GND повинен бути підключений до 0 вольтів. Вбудований лінійний стабілізатор напруги перетворює VIN на напругу живлення 2,8 для ІС VL6180X.

Контакти I²C, SCL та SDA, підключені до вбудованих перетворювачів рівня, що робить їх безпечними для використання при напругах понад 2,8 В. Вони повинні бути підключені до шини I²C, що працює на тому ж логічному рівні, що й VIN.

Два контакти GPIO є виходами з відкритим стоком, підтягнуті системною платою до напруги 2.8 В (хоча GPIO0 за замовчуванням є входом для включення чіпа). Вони не підключені до перетворювачів рівня на платі і не стійкі до 5 В, але їх можна використовувати як є з багатьма мікроконтролерами 3,3 і 5 В: мікроконтролер може зчитувати вихід датчика, якщо його логічний високий поріг нижче 2,8 В, а мікроконтролер може чергувати свій вихід між низьким і високим імпедансним станами для управління контактом. Крім того, будь-який додатковий 4-канальний двонаправлений логічний перемикач рівня може використовуватися ззовні з цими контактами.

Список та призначення контактів:

Принципова электрична схема:

На наведеній вище схемі показані додаткові компоненти, які включає несучу плату для спрощення використання VL6180, включаючи стабілізатор напруги, який дозволяє живити плату від напруги живлення від 2.7 В до 5.5 В і схему перетворення рівня, яка забезпечує зв'язок I²C на тому ж логічному рівні напруги, що й VIN.

Інтерфейс I²C:

VL6180X може бути налаштований і його показання можуть бути зчитані через шину I²C. Перетворювач рівня на тактових лініях I²C (SCL) і даних (SDA) забезпечуює зв'язок I²C з мікроконтролерами, що працюють на тій же напрузі, що і VIN (від 2.7 до 5.5 В). Детальний опис інтерфейсу I²C на VL6180X можна знайти в його технічному описі, а більш детальну інформацію про I²C загалом можна знайти у специфікації I²C-шини NXP.

7-розрядна підпорядкована адреса датчика за замовчуванням дорівнює 0101001b при включенні живлення. Його можна змінити на будь-яке інше значення, записавши один з регістрів конфігурації пристрою, але нова адреса застосовується лише до тих пір, поки датчик не буде скинутий або вимкнений.

Інтерфейс I²C на VL6180X сумісний із стандартом швидкого режиму I²C (400 кГц). У тестах плата перевірялася на тактових частотах до 400 кГц. Вищі частоти можуть працювати, але не були протестовані.

Приклад коду:

Написано базову бібліотеку Arduino для VL6180X, яка дозволяє легко взаємодіяти сумісному з Arduino з цим датчиком. Бібліотека спрощує налаштування VL6180X та зчитування даних про відстань та рівень навколишнього освітлення через I²C. Він також включає в себе приклади, які показують, як використовувати бібліотеку.

Підказки з протоколу:

У технічному описі міститься багато інформації про цей датчик, але багато важливої інформації, включаючи обов'язкову послідовність ініціалізації, можна знайти лише в інших документах. Вибір важливих деталей може тривати деякий час. Ось кілька порад для взаємодії та налаштування VL6180X, які допоможуть вам працювати трохи швидше:

• На відміну від багатьох інших датчиків I²C від ST, які використовують 8-бітові реєстрові адреси, VL6180X використовує 16-бітові реєстрові адреси.
• Датчик повинен бути ініціалізований певною послідовністю налаштувань при включенні живлення або скидання. Ця послідовність не описана в технічному описі, але її можна знайти в посібнику із застосування ST AN4545 та посібнику з дизайну DT0037. (Бібліотека Arduino включає функцію, яка виконує цю ініціалізацію.)
• Два наведені вище документи також можуть допомогти вам зрозуміти основні процедури налаштування VL6180X та отримання показань з нього. Додаткові документи, які містять детальну інформацію про багато інших аспектів VL6180X, можна знайти на сторінці продукту ST для VL6180X.
• Вимірювання відстані та навколишнього освітлення можуть виконуватися як в одиночному, так і в безперервному режимі. У будь-якому з цих режимів після запуску кожного виміру необхідно опитати регістр стану, щоб дочекатися його завершення. У безперервному режимі слід переконатися, що вибраний період між вимірами довше часу, необхідного для фактичного виконання кожного виміру.

Коефіцієнт масштабування діапазону:

Хоча в специфікаціях VL6180X вказаний максимальний «гарантований» діапазон 10 см, датчик може повідомляти про відстань до 20 см із стандартними налаштуваннями. Конфігуруючи коефіцієнт масштабування діапазону, максимальний потенційний діапазон датчика може бути збільшений за рахунок більш низького дозволу. Установка коефіцієнта масштабування на 2 забезпечує діапазон до 40 см з роздільною здатністю 2 мм, тоді як коефіцієнт масштабування 3 забезпечує діапазон до 60 см з роздільною здатністю 3 мм. У всіх випадках показання даються у вигляді числа від 0 до 200. При масштабуванні за замовчанням х1 відповідає безпосередньо відстані в мм, але при масштабуванні х2 або х3 необроблені показання будуть вимірювання в одиницях 2 мм або 3 мм відповідно (тому показання слід помножити на 2 або 3, щоб отримати результат у міліметрах).

Масштабування діапазону не згадується в технічному описі VL6180X станом на rev 7, але воно доступне API VL6180X, що надається ST (STSW-IMG003). Бібліотека Arduino також надає функції для встановлення коефіцієнта масштабування діапазону.

Посилання:

• Технічний опис VL6180X
• Базове застосування VL6180X
• Принципова схема
• Габаритні розміри
• 3D модель датчика
• Специфікація інтерфейса I2C
• Бібліотека Arduino