Датчик відстані Pololu VL53L7CX Time-of-Flight 8×8 ширококутний 350 см

Цей датчик є несучою/комутаційною платою для лазерного датчика відстані ST VL53L7CX, який забезпечує швидке і точне вимірювання дії на відстані до 3.5 м через цифровий інтерфейс I²C. Він має дуже широке квадратне поле зору (FOV) 60°×60° (діагональ 90°) і може вимірювати абсолютні відстані до кількох цілей одночасно в кількох зонах, надаючи достатньо даних для побудови глибини карти з роздільною здатністю до 8×8. Плата включає лінійний стабілізатор на 3.3 В і перетворювачі рівня, які дозволяють їй працювати в діапазоні вхідної напруги від 2.5 В до 5.5 В, а відстань між контактами 2.54 мм спрощує використання зі стандартними безпайковими макетними і перфорованими платами з кроком отворів 2.54 мм. Примітка: цей модуль не рекомендується для використання з 8-бітними мікроконтролерами - для таких випадків розгляньте панель VL53L1X , VL53L0X або VL6180X.

Код виробника: 3418

VL53L7CX від ST Microelectronics - це пролітний датчик дальньої дії (TOF), вбудований в компактний модуль. Ця плата є платформою для VL53L7CX, тому рекомендується уважно прочитати технічний опис VL53L7CX перед використанням цього продукту.

VL53L7CX фактично є крихітною автономною лідарною системою з вбудованим лазером класу 1 з довжиною хвилі 940 нм, який невидимий і безпечний для очей. На відміну від звичайних інфрачервоних датчиків, які використовують інтенсивність відбитого світла для оцінки відстані до об'єкта, VL53L7CX використовує технологію ST FlightSense для точного вимірювання того, скільки часу потрібно випромінюваним імпульсам інфрачервоного лазерного світла, щоб досягти об'єктів і відобразитися назад на детектор. Цей підхід забезпечує абсолютні вимірювання відстані незалежно від умов навколишнього освітлення та характеристик цілі (наприклад, кольору, форми, текстури та відбивної здатності), хоча ці зовнішні умови впливають на максимальну дальність дії датчика.

VL53L7CX відрізняється від попередніх пролітних датчиків ST надшироким квадратним полем зору (FOV) 60×60°, що забезпечує кут огляду 90° по діагоналі, а також вихідним сигналом багатозонного далекоміра. Його поле зору поділено на кілька зон, що налаштовуються у вигляді сітки 4×4 або 8×8, а датчик надає окремі показання для кожної зони (яка може включати декілька цілей у кожній зоні). Це фактично робить VL53L7CX базовим 3D-лідаром, оскільки замість виміру лише однієї відстані (1D-лідар) він може надати достатньо даних для створення карти глибини навколишнього середовища з низьким дозволом у полі його зору. На наступному зображенні показано приклад такої карти, створеної за допомогою VL53L5CX, яка дуже схожа на VL53L7CX:

За сприятливих умов датчик може повідомляти про відстані до 3.5 м з роздільною здатністю 1 мм. Мінімальна відстань виміру становить 20 мм. Вимірювання дальності доступні через інтерфейс I²C (TWI) датчика, який також використовується для налаштування параметрів датчика, а датчик має три додаткові контакти: вихід переривання та два входи для відключення та скидання інтерфейсу I²C.

VL53L7CX - чудова мікросхема, але її невеликий корпус LGA без висновків ускладнює її використання звичайним студентом чи аматором. Він також працює при рекомендованій напрузі від 2.8 до 3.3 В, що може утруднити взаємодію мікроконтролерів, що працюють при напрузі 5 В. Пропонована комутаційна плата вирішує ці проблеми, спрощуючи початок використання датчика, зберігаючи при цьому загальний розмір невеликим, наскільки це можливо.

Несуча плата включає лінійний стабілізатор напруги з низьким падінням напруги, який забезпечує напругу 3.3 В, необхідну VL53L7CX, і дозволяє живити датчик від джерела живлення від 2.5 В до 5.5 В. Вихід регулятора доступний на виведенні VDD і може подавати струм близько 100 мА на зовнішні пристрої. Комутаційна плата також включає схему, яка переводить тактовий сигнал I²C і лінії даних на той же рівень логічної напруги, що і VIN, що поставляється, що спрощує взаємодію плати з 5 В системами, а відстань між контактами плати 2.54 мм спрощує її використання. зі стандартними безпайковими макетами та перфорованими платами з кроком 2.54 мм. Плата поставляється повністю укомплектованою компонентами SMD, включаючи VL53L7CX, як показано на зображенні продукту.

Характеристики:

• Роздільна здатність: 1 мм
• Максимальний діапазон відстані: 350 см ²
• Мінімальний діапазон: 2 см
• Випромінювач: невидимий VCSEL класу 1 із довжиною хвилі 940 нм (лазер поверхневого випромінювання з вертикальним резонатором) – безпечний для очей
• Детектор: приймальна матриця SPAD (однофотонний лавинний діод)
• Типове повне поле зору (FoV): 90° по діагоналі (60° по горизонталі/вертикалі)
• Формат виведення (I²C): гістограма
• Інтерфейс: I²C
• Мінімальна робоча напруга: 2.5 В
• Максимальна робоча напруга: 5.5 В
• Споживаний струм: 100 мА ³
• Розмір: 12.7 × 17.78 × 2.54 мм ¹
• Маса: 0.5 г ¹
• Ідентифікаційне маркування:
  • Коди розробки друкованої плати: irs18a
  • Інші маркування: 0J13648

Примітки:

1. Без увімкнених додаткових контактів.
2. Ефективна дальність залежить від конфігурації, мети та навколишнього середовища.
3. Типове середнє значення під час активного вимірювання дальності з стандартними налаштуваннями; піковий струм може досягати 150 мА.

Компоненти, що входять до комплекту:

У комплект входять смуга контактів 1×8 з кроком 2.54 мм та смужка контактів з кроком 2.54 мм 1×7, як показано на малюнку нижче. Ви можете припаяти вибрану смужку контактів до плати для використання з нестандартними кабелями або безпайковими макетами або припаяти дроти безпосередньо до самої плати для більш компактної установки.

На платі є два монтажні отвори, розташовані на відстані 12.7 мм один від одного, які підходять для гвинтів №2 та M2 (не входять до комплекту).

Використання VL53L7CX:

Важлива примітка. Цей датчик може поставлятися із захисним чохлом, що закриває мікросхему датчика. Підкладку треба зняти для правильного сприйняття.

Підключення:

Для використання плати VL53L7CX необхідні як мінімум чотири з'єднання: VIN, GND, SCL та SDA. Вхід VIN повинен бути підключений до джерела напруги від 3.3 до 5.5, а GND повинен бути підключений до джерела 0 В. Вбудований лінійний стабілізатор напруги перетворює VIN в напругу 3.3, доступ до якого можна отримати через контакт VDD для мікросхеми VL53L7CX. Напруга живлення від 2.5 до 3.6 також можна підключити до VDD (при відключеному VIN), щоб обійти стабілізатор і подати живлення на плату безпосередньо.

Виводи I²C, SCL і SDA, підключені до вбудованих перетворювачів рівня, що робить їх безпечним для використання при напругах вище VDD - вони повинні бути підключені до шини I²C, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN (або VDD, якщо живлення плати здійснюється через VDD).

Контакти LPn та I2C_RST є входами, а контакт INT - виходом з відкритим стоком. Плата LPn та INT підтягуються до VDD, а I2C_RST – до GND. Ці три контакти не підключені до перемикачів рівня на платі і не стійкі до напруги 5 В, але LPn і INT можна використовувати як з мікроконтролерами 5 В: мікроконтролер може зчитувати вихідний сигнал INT до тих пір, поки його верхній логічний поріг нижче VDD, і мікроконтролер може чергувати свій вихід між низьким і високим імпедансом. стану для керування контактом LPn. Альтернативно, 4-канальний двонаправлений перетворювач логічного рівня можна використовувати зовні з цими контактами.

Принципова електрична схема:

На наведеній вище схемі показані додаткові компоненти, які включає несуча плата для спрощення використання VL53L7CX, включаючи стабілізатор напруги, який дозволяє живити плату від джерела живлення від 2.5 В до 5.5 В і схему зсуву рівня, яка забезпечує зв'язок I²C на той же рівень логічного напруги, як і напруга на вході VIN.

I²C-комунікація:

VL53L7CX можна налаштувати, а його показання відстані можна запросити через шину I²C. Перетворювачі рівня на лініях тактової частоти (SCL) і даних (SDA) I²C забезпечують зв'язок I²C з мікроконтролерами, що працюють при тій самій напрузі, що і VIN (від 2.5 до 5.5 В). Детальний опис інтерфейсу I²C на VL53L7CX можна знайти в його технічних характеристиках, а більш детальну інформацію про I²C загалом можна знайти у специфікації шини I²C компанії NXP.

При включенні живлення 7-бітна цільова адреса датчика за замовчуванням дорівнює 0101001b. Його можна змінити на інше значення, записавши один із регістрів конфігурації пристрою, але нова адреса застосовується лише до тих пір, поки датчик не буде скинутий або вимкнений. У документі ST UM3038 описується, як використовувати кілька датчиків VL53L7CX на одній шині I²C, індивідуально увімкнувши зв'язок I²C на кожному датчику за допомогою його контакту LPn і призначивши йому унікальну адресу.

Інтерфейс I²C на VL53L7CX відповідає стандарту швидкого режиму I²C (400 кГц).

Конфігурація та керування датчиком:

На відміну від інформації, доступної для багатьох інших пристроїв, ST не опублікувала публічно карту регістрів, описи або іншу документацію з налаштування та управління VL53L7CX. Натомість передбачається, що зв'язок з датчиком здійснюватиметься через ST VL53L7CX ULD API (STSW-IMG036), набір функцій C, які піклуються про низькорівневий інтерфейс. Щоб використовувати VL53L7CX, ви можете налаштувати API для роботи на вибраній хост-платформі, використовуючи інформацію в документації API. Альтернативно можна використовувати вихідний код API як посібник для власної реалізації.

API VL53L7CX функціонально ідентичний API VL53L5CX, тому, якщо ви хочете використовувати VL53L7CX з Arduino-сумісним контролером, ви можете спробувати бібліотеку SparkFun VL53L5CX Arduino, порт API ST, який працює з платформою Arduino. Щоб встановити його, знайдіть "SparkFun VL53L5CX" в диспетчері бібліотек Arduino. ( Примітка: 8-бітові мікроконтролери, включаючи Arduino Uno, зазвичай не мають достатньої кількості оперативної або програмної пам'яті для використання з VL53L7CX, тому ця бібліотека в основному корисна для потужніших мікроконтролерів, таких як 32-бітний RP2040 або ESP32.)

Сімейство модулів тримачів Pololu для датчиків відстані ST:

Pololu виробляє сумісні за контактами тримачі/комутаційні плати для різних датчиків дальності ST (ToF). Всі вони функціонують як крихітні лідарні системи з вбудованим лазером класу 1 з довжиною хвилі 940 нм (тобто невидимим і безпечним для очей) і всі вони засновані на одній і тій же технології FlightSense, яка точно вимірює, скільки часу потрібно імпульсам інфрачервоного лазерного світла, що випромінюється, щоб досягти об'єктів і відобразитися назад у детектор. Цей підхід забезпечує абсолютні вимірювання відстані незалежно від умов навколишнього освітлення та характеристик цілі (наприклад, кольору, форми, текстури та відбивної здатності), хоча ці зовнішні умови впливають на максимальну дальність дії датчика. Всі ці датчики мають роздільну здатність 1 мм, з деякими обмеженнями для деяких версій.

Ссылки:

• Технічний опис VL53L7CX (3 МБ у форматі PDF)
• Принципова схема модуля VL53L7CX, 8 × 8 зон, широкий кут огляду, тримач датчика відстані із регулятором напруги, макс. 350 см (103k pdf)
• Габаритна діаграма тримача датчика відстані VL53L7CX з часом прольоту, 8 × 8 зон, широкий кут огляду та регулятор напруги, макс. 350 см (686k pdf)
• 3D-модель VL53L7CX часопрогонового носія з широким кутом огляду 8 × 8 зон та регулятором напруги, макс. 350 см (крок 4 МБ)
• Посібник зі свердління для тримачів датчиків відстані 8×8 зон VL53L5CX/VL53L7CX (27k dxf)
• Посібник користувача UM3038: Посібник з використання датчика дальності VL53L7CX з API Ultra Lite Driver (ULD) (736k pdf)
• UM10204 Специфікація шини I²C та посібник користувача (1 МБ у форматі PDF) Офіційна специфікація шини I²C, що підтримується NXP.
• Бібліотека Arduino SparkFun VL53L5CX Ця бібліотека Arduino від SparkFun є портом ST VL53L5CX ULD API, який працює з платформою Arduino; його також можна використовувати з VL53L7CX.