Датчик расстояния и освещенности VL6180X 60см от Pololu

Модуль представляет собой несущую плату для датчика приближения и внешней освещенности ST VL6180X, который измеряет дальность до целевого объекта на расстоянии до 20 см (или 60 см с уменьшенным разрешением). VL6180X использует измерения времени пролета инфракрасных импульсов для определения дальности, что позволяет ему давать точные результаты независимо от цвета и поверхности цели. Измерения расстояния и уровня окружающей освещенности могут быть прочитаны через цифровой интерфейс I²C. Плата оснащена линейным стабилизатором 2,8 В и встроенными преобразователями уровня, которые позволяют ей работать в диапазоне входных напряжений от 2,7 В до 5,5 В, а расстояние между выводами 2.54 мм упрощает ее использование со стандартными макетными платами без пайки.

Обзор датчика:

VL6180X от ST Microelectronics - это датчик, который объединяет возможности измерения расстояния и уровня окружающей освещенности в одном корпусе. Эта плата является носителем для микросхемы VL6180X, поэтому мы рекомендуем внимательно прочитать техническое описание VL6180X перед использованием этого продукта.

В отличие от более простых оптических датчиков, которые используют интенсивность отраженного света для обнаружения объектов, VL6180 использует технологию ST FlightSense для точного измерения того, сколько времени требуется излучаемым импульсам инфракрасного лазерного света, чтобы достичь ближайшего объекта и отразиться обратно на детектор, что делает его по существу лидарным датчиком ближнего действия. Это измеренное время полета (TOF) позволяет точно определить абсолютное расстояние до цели с разрешением 1 мм, без влияния отражательной способности объекта на измерение. Датчик рассчитан на выполнение измерений дальности до 10 см (4 дюйма), но он часто может обеспечить показания до 20 см (8 дюймов) с настройками по умолчанию. Кроме того, VL6180X может быть сконфигурирован для измерения дальности до 60 см (24 дюйма) за счет снижения разрешения, хотя успешное определение дальности на этих больших расстояниях будет в значительной степени зависеть от отражающей способности цели и окружающей среды. (Дополнительные сведения см. в разделе «Коэффициент масштабирования диапазона» ниже.)

VL6180 также включает в себя датчик внешней освещенности или ALS, который может измерять интенсивность внешнего освещения. Измерение дальности и внешней освещенности доступно через интерфейс датчика I²C (TWI), который также используется для настройки параметров датчика, а два независимо программируемых контакта GPIO могут быть сконфигурированы в качестве выходов прерываний.

VL6180X - отличная ИС, но ее небольшой, бессвинцовый корпус LGA затрудняет его использование средним студентом или любителем. Она, также, работает при напряжениях ниже 3 В, что может затруднить сопряжение для микроконтроллеров, работающих на 3.3 В или 5 В. Предлагаемая плата решает эти проблемы, облегчая начало работы с датчиком, сохраняя при этом общий размер как можно меньше.

Несущая плата включает в себя линейный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения, который обеспечивает напряжение 2.8 В, требуемое VL6180X, что позволяет питать датчик от напряжения питания от 2.7 В до 5.5 В. Выход регулятора доступен на контакте VDD и может выдавать почти 150 мА на внешние устройства. Плата также включает в себя схему, которая смещает тактовую частоту I²C и линии передачи данных на тот же логический уровень напряжения, что и поставляемый уровень напряжения VIN, что упрощает сопряжение платы с системами 3,3 В или 5 В, а расстояние между выводами платы 2.54 мм упрощает ее использование со стандартными макетными платами без пайки с шагом 2.54 мм. Модуль полностью укомплектован SMD компонентами, включая VL6180X, как показано на рисунке продукта.

VL6180X график типового измеряемого расстояния.

Характеристики:

• Размеры: 13 мм × 18 мм × 2 мм
• Вес без коннекторов: 0,5 г
• Рабочее напряжение: от 2,7 В до 5,5 В
• Потребляемый ток: 5 мА (типичный; зависит от конфигурации, цели и среды)
• Выходной формат (I²C): 8-битное считывание на расстоянии (в миллиметрах), 16-битное считывание окружающего света
• Диапазон измерения расстояния: до 10 см (4") указано; до 60 см (24") возможно с уменьшенным разрешением. Смотрите график справа, чтобы увидеть типичную производительность диапазона.
• Дальность свыше 10 см возможна с определенными целевыми отражательными характеристиками и условиями окружающей среды, но не гарантируется спецификациями. По умолчанию датчик может измерять расстояния до 20 см или может быть настроен на измерение до 60 см с уменьшенным разрешением.

В техническом описании не указан минимальный диапазон, но, по опыту, эффективный предел составляет около 1 см.

Компоненты, входящие в комплект поставки:

Полоса прямых и угловых контактов 1×7 с шагом 2.54 мм включены в комплектацию датчика. Вы можете припаять полосу коннектора по вашему выбору к плате для использования с пользовательскими кабелями или макетными платами без пайки или вы можете припаять провода непосредственно к самой плате для более компактных установок.

VL6180X Датчик расстояния с прилагаемыми контактами коннектора.

VL6180X Датчик расстояния в макетной плате:

Плата имеет два монтажных отверстия, расположенных на расстоянии 12.7 мм друг от друга, которые совместимы с винтами No 2 и M2 (не включены в комплект поставки).

Использование VL6180X:

Для использования платы VL6180X необходимо не менее четырех соединений: VIN, GND, SCL и SDA. Контакт VIN должен быть подключен к источнику питания от 2.7 В до 5.5 В, а GND должен быть подключен к 0 вольтам. Встроенный линейный стабилизатор напряжения преобразует VIN в напряжение питания 2,8 В для ИС VL6180X.

Контакты I²C, SCL и SDA, подключены к встроенным преобразователяям уровня, что делает их безопасными для использования при напряжениях более 2,8 В. Они должны быть подключены к шине I²C, работающей на том же логическом уровне, что и VIN.

Два контакта GPIO представляют собой выходы с открытым стоком, подтянутые системной платой до напряжения 2.8 В (хотя GPIO0 по умолчанию является входом для включения чипа). Они не подключены к преобразователям уровня на плате и не устойчивы к 5 В, но их можно использовать как есть со многими микроконтроллерами 3,3 В и 5 В: микроконтроллер может считывать выход датчика, если его логический высокий порог ниже 2,8 В, а микроконтроллер может чередовать свой собственный выход между низким и высоким импедансным состояниями для управления контактом. Кроме того, любой дополнительный 4-канальный двунаправленный логический переключатель уровня может использоваться снаружи с этими контактами.

Список и назначение контактов:

Принципиальная электрическая схема:

На приведенной выше схеме показаны дополнительные компоненты, которые включает в себя несущую плату для упрощения использования VL6180, включая стабилизатор напряжения, который позволяет питать плату от напряжения питания от 2.7 В до 5.5 В и схему преобразования уровня, которая обеспечивает связь I²C на том же логическом уровне напряжения, что и VIN.

Интерфейс I²C:

VL6180X может быть сконфигурирован и его показания могут быть запрошены через шину I²C. Преобразователи уровня на тактовых линиях I²C (SCL) и данных (SDA) обеспечивают связь I²C с микроконтроллерами, работающими на том же напряжении, что и VIN (от 2.7 В до 5.5 В). Подробное описание интерфейса I²C на VL6180X можно найти в его техническом описании, а более подробную информацию о I²C в целом можно найти в спецификации I²C-шины NXP.

7-разрядный подчиненный адрес датчика по умолчанию равен 0101001b при включении питания. Его можно изменить на любое другое значение, записав один из регистров конфигурации устройства, но новый адрес применяется только до тех пор, пока датчик не будет сброшен или выключен.

Интерфейс I²C на VL6180X совместим со стандартом быстрого режима I²C (400 кГц). В тестах платы проверялась работа на тактовых частотах до 400 кГц. Более высокие частоты могут работать, но не были протестированы.

Пример кода:

Написана базовая библиотека Arduino для VL6180X, которая позволяет легко взаимодействовать совместимому с Arduino контроллеру с этим датчиком. Библиотека упрощает настройку VL6180X и считывание данных о расстоянии и уровне окружающей освещенности через I²C. Он также включает примеры эскизов, которые показывают, как использовать библиотеку.

Подсказки по протоколу:

В техническом описании содержится много информации об этом датчике, но много важной информации, включая обязательную последовательность инициализации, можно найти только в других документах. Выбор важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов для взаимодействия и настройки VL6180X, которые помогут вам работать немного быстрее:

• В отличие от многих других датчиков I²C от ST, которые используют 8-битные регистровые адреса, VL6180X использует 16-битные регистровые адреса.
• Датчик должен быть инициализирован определенной последовательностью настроек при включении питания или сбросе. Эта последовательность не описана в техническом описании, но ее можно найти в руководстве по применению ST AN4545 и руководству по дизайну DT0037. (Библиотека Arduino включает функцию, которая выполняет эту инициализацию.)
• Два приведенных выше документа также могут помочь вам понять основные процедуры настройки VL6180X и получения показаний из него. Дополнительные документы, содержащие подробную информацию о многих других аспектах VL6180X, можно найти на странице продукта ST для VL6180X.
• Измерения расстояния и окружающего освещения могут выполняться как в одиночном, так и в непрерывном режиме. В любом из этих режимов после запуска каждого измерения необходимо опросить регистр состояния, чтобы дождаться его завершения. В непрерывном режиме следует убедиться, что выбранный период между измерениями длиннее времени, необходимого для фактического выполнения каждого измерения.

Коэффициент масштабирования диапазона:

Хотя в спецификациях VL6180X указан максимальный «гарантированный» диапазон 10 см, датчик может сообщать о расстояниях до 20 см с настройками по умолчанию. Конфигурируя коэффициент масштабирования диапазона, потенциальный максимальный диапазон датчика может быть увеличен за счет более низкого разрешения. Установка коэффициента масштабирования на 2 обеспечивает диапазон до 40 см с разрешением 2 мм, в то время как коэффициент масштабирования 3 обеспечивает диапазон до 60 см с разрешением 3 мм. Во всех случаях показания даются в виде числа от 0 до 200. При масштабировании по умолчанию х1 соответствует непосредственно расстоянию в мм, но при масштабировании х2 или х3 необработанные показания будут представлять собой измерение в единицах 2 мм или 3 мм соответственно (поэтому показания следует умножить на 2 или 3, чтобы получить результат в миллиметрах).

Масштабирование диапазона не упоминается в техническом описании VL6180X по состоянию на rev 7, но оно доступно в API VL6180X, предоставляемом ST (STSW-IMG003). Библиотека Arduino также предоставляет функции для установки коэффициента масштабирования диапазона.

Ссылки:

• Техническое описание VL6180X
• Базовое применение VL6180X
• Принципиальная схема
• Габаритные размеры
• 3D модель датчика
• Спецификация интерфейса I2C
• Библиотека Arduino