Датчик расстояния Polou VL53L7CX Time-of-Flight 8×8 широкоугольный 350 см

Этот датчик представляет собой несущую/коммутационную плату для лазерного датчика расстояния ST VL53L7CX, который обеспечивает быстрое и точное измерение действия на расстоянии до 3.5 м через цифровой интерфейс I²C. Он имеет очень широкое квадратное поле зрения (FOV) 60°×60° (диагональ 90°) и может измерять абсолютные расстояния до нескольких целей одновременно в нескольких зонах, предоставляя достаточно данных для построения карты глубины с разрешением до 8×8. Плата включает в себя линейный стабилизатор на 3.3 В и преобразователи уровня, которые позволяют ей работать в диапазоне входного напряжения от 2.5 В до 5.5 В, а расстояние между контактами 2,54 мм упрощает использование со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами с шагом отверстий 2.54 мм. Примечание: этот модуль не рекомендуется для использования с 8-битными микроконтроллерами - для таких приложений рассмотрите несущую панель VL53L1X , VL53L0X или VL6180X.

Код производителя: 3418

VL53L7CX от ST Microelectronics - это времяпролетный датчик дальнего действия (TOF), встроенный в компактный модуль. Эта плата является платформой для VL53L7CX, поэтому рекомендуется внимательно прочитать техническое описание VL53L7CX перед использованием этого продукта.

VL53L7CX фактически представляет собой крошечную автономную лидарную систему со встроенным лазером класса 1 с длиной волны 940 нм, который невидим и безопасен для глаз. В отличие от обычных ИК-датчиков, которые используют интенсивность отраженного света для оценки расстояния до объекта, VL53L7CX использует технологию ST FlightSense для точного измерения того, сколько времени требуется излучаемым импульсам инфракрасного лазерного света, чтобы достичь объектов и отразиться обратно на детектор. Этот подход обеспечивает абсолютные измерения расстояния независимо от условий окружающего освещения и характеристик цели (например, цвета, формы, текстуры и отражательной способности), хотя эти внешние условия влияют на максимальную дальность действия датчика.

VL53L7CX отличается от предыдущих времяпролетных датчиков ST сверхшироким квадратным полем зрения (FOV) 60×60°, что обеспечивает угол обзора 90° по диагонали, а также выходным сигналом многозонного дальномера. Его поле зрения разделено на несколько зон, настраиваемых в виде сетки 4×4 или 8×8, а датчик предоставляет отдельные показания для каждой зоны (которая может включать несколько целей в каждой зоне). Это фактически делает VL53L7CX базовым 3D-лидаром, поскольку вместо измерения только одного расстояния (1D-лидар) он может предоставить достаточно данных для создания карты глубины окружающей среды с низким разрешением в поле его зрения. На следующем изображении показан пример такой карты, созданной с помощью VL53L5CX, которая очень похожа на VL53L7CX:

При благоприятных условиях датчик может сообщать о расстояниях до 3.5 м с разрешением 1 мм. Минимальное расстояние измерения составляет 20 мм. Измерения дальности доступны через интерфейс I²C (TWI) датчика, который также используется для настройки параметров датчика, а датчик имеет три дополнительных контакта: выход прерывания и два входа для отключения и сброса интерфейса I²C.

VL53L7CX - отличная микросхема, но ее небольшой корпус LGA без выводов затрудняет ее использование обычным студентом или любителем. Он также работает при рекомендуемом напряжении от 2.8 В до 3.3 В, что может затруднить взаимодействие микроконтроллеров, работающих при напряжении 5 В. Предлагаемая коммутационная плата решает эти проблемы, упрощая начало использования датчика, сохраняя при этом общий размер небольшим, насколько это возможно.

Несущая плата включает в себя линейный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения, который обеспечивает напряжение 3.3 В, необходимое для VL53L7CX, и позволяет питать датчик от источника питания от 2.5 В до 5.5 В. Выход регулятора доступен на выводе VDD и может подавать ток около 100 мА на внешние устройства. Коммутационная плата также включает в себя схему, которая переводит тактовый сигнал I²C и линии данных на тот же уровень логического напряжения, что и поставляемый VIN, что упрощает взаимодействие платы с системами 5 В, а расстояние между контактами платы 2.54 мм упрощает ее использование. со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами с шагом 2.54 мм. Плата поставляется полностью укомплектованной компонентами SMD, включая VL53L7CX, как показано на изображении продукта.

Характеристики:

• Разрешающая способность: 1 мм
• Максимальный диапазон расстояния: 350 см ²
• Минимальный диапазон: 2 см
• Излучатель: невидимый VCSEL класса 1 с длиной волны 940 нм (лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором) – безопасный для глаз
• Детектор: приемная матрица SPAD (однофотонный лавинный диод)
• Типичное полное поле зрения (FoV): 90° по диагонали (60° по горизонтали/вертикали)
• Формат вывода (I²C): гистограмма
• Интерфейс: I²C
• Минимальное рабочее напряжение: 2.5 В
• Максимальное рабочее напряжение: 5.5 В
• Потребляемый ток: 100 мА ³
• Размер: 12.7 × 17.78 × 2.54 мм ¹
• Масса: 0.5 г ¹
• Идентификационная маркировка:
  • Коды разработки печатной платы: irs18a
  • Другие маркировки: 0J13648

Примечания:

1. Без включенных дополнительных контактов.
2. Эффективная дальность зависит от конфигурации, цели и окружающей среды.
3. Типичное среднее значение во время активного измерения дальности с настройками по умолчанию; пиковый ток может достигать 150 мА.

Входящие в комплект компоненты:

В комплект входят полоса контактов 1×8 с шагом 2.54 мм и полоска контактов с шагом 2.54 мм 1×7, как показано на рисунке ниже. Вы можете припаять выбранную вами полоску контактов к плате для использования с нестандартными кабелями или беспаечными макетами или припаять провода непосредственно к самой плате для более компактной установки.

На плате есть два монтажных отверстия, расположенных на расстоянии 12.7 мм друг от друга, которые подходят для винтов № 2 и M2 (не входят в комплект).

Использование VL53L7CX:

Важное примечание. Этот датчик может поставляться с защитным чехлом, закрывающим микросхему датчика.Подкладку надо снять для правильного восприятия.

Подключения:

Для использования платы VL53L7CX необходимы как минимум четыре соединения: VIN, GND, SCL и SDA. Вывод VIN должен быть подключен к источнику напряжения от 3.3 до 5.5 В, а GND должен быть подключен к источнику 0 В. Встроенный линейный стабилизатор напряжения преобразует VIN в напряжение 3.3 В, доступ к которому можно получить через вывод VDD для микросхемы VL53L7CX. Напряжение питания от 2.5 В до 3.6 В также можно подключить к VDD (при отключенном VIN), чтобы обойти стабилизатор и подать питание на плату напрямую.

Выводы I²C, SCL и SDA, подключены к встроенным преобразователям уровня, что делает их безопасным для использования при напряжениях выше VDD - они должны быть подключены к шине I²C, работающей на том же логическом уровне, что и VIN (или VDD, если питание платы осуществляется через VDD).

Выводы LPn и I2C_RST являются входами, а вывод INT - выходом с открытым стоком. Плата LPn и INT подтягиваются к VDD, а I2C_RST – к GND. Эти три контакта не подключены к переключателям уровня на плате и не устойчивы к напряжению 5 В, но LPn и INT можно использовать как есть с микроконтроллерами 5 В: микроконтроллер может считывать выходной сигнал INT до тех пор, пока его верхний логический порог ниже VDD, и микроконтроллер может чередовать свой собственный выход между низким и высоким импедансом. состояния для управления выводом LPn. Альтернативно, 4-канальный двунаправленный преобразователь логического уровня может использоваться внешне с этими выводами.

Принципиальная электрическая схема:

На приведенной выше схеме показаны дополнительные компоненты, которые включает в себя несущая плата для упрощения использования VL53L7CX, включая стабилизатор напряжения, который позволяет питать плату от источника питания от 2.5 В до 5.5 В и схему сдвига уровня, которая обеспечивает связь I²C на тот же уровень логического напряжения, что и напряжение на входе VIN.

I²C-коммуникация:

VL53L7CX можно настроить, а его показания расстояния можно запросить через шину I²C. Преобразователи уровня на линиях тактовой частоты (SCL) и данных (SDA) I²C обеспечивают связь I²C с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 2.5 до 5.5 В). Подробное описание интерфейса I²C на VL53L7CX можно найти в его технических характеристиках, а более подробную информацию о I²C в целом можно найти в спецификации шины I²C компании NXP.

При включении питания 7-битный целевой адрес датчика по умолчанию равен 0101001b. Его можно изменить на другое значение, записав один из регистров конфигурации устройства, но новый адрес применяется только до тех пор, пока датчик не будет сброшен или выключен. В документе ST UM3038 описывается, как использовать несколько датчиков VL53L7CX на одной шине I²C, индивидуально включив связь I²C на каждом датчике с помощью его контакта LPn и назначив ему уникальный адрес.

Интерфейс I²C на VL53L7CX соответствует стандарту быстрого режима I²C (400 кГц).

Конфигурация и управление датчиком:

В отличие от информации, доступной для многих других устройств, ST не опубликовала публично карту регистров, описания или другую документацию по настройке и управлению VL53L7CX. Вместо этого предполагается, что связь с датчиком будет осуществляться через ST VL53L7CX ULD API (STSW-IMG036), набор функций C, которые заботятся о низкоуровневом интерфейсе. Чтобы использовать VL53L7CX, вы можете настроить API для работы на выбранной вами хост-платформе, используя информацию в документации API. Альтернативно можно использовать исходный код API в качестве руководства для собственной реализации.

API VL53L7CX функционально идентичен API VL53L5CX, поэтому, если вы хотите использовать VL53L7CX с Arduino-совместимым контроллером, вы можете попробовать библиотеку SparkFun VL53L5CX Arduino, порт API ST, который работает с платформой Arduino. Чтобы установить его, найдите «SparkFun VL53L5CX» в диспетчере библиотек Arduino. ( Примечание: 8-битные микроконтроллеры, включая Arduino Uno, обычно не имеют достаточного количества оперативной или программной памяти для использования с VL53L7CX, поэтому эта библиотека в основном полезна для более мощных микроконтроллеров, таких как 32-битный RP2040 или ESP32.)

Семейство модулей держателей Pololu для времяпролетных датчиков расстояния ST:

Pololu производит совместимые по выводам держатели/коммутационные платы для нескольких различных датчиков дальности ST (ToF). Все они функционируют как крошечные лидарные системы со встроенным лазером класса 1 с длиной волны 940 нм (то есть невидимым и безопасным для глаз) и все они основаны на одной и той же технологии FlightSense, которая точно измеряет, сколько времени требуется излучаемым импульсам инфракрасного лазерного света, чтобы достичь объектов и отразиться обратно в детектор. Этот подход обеспечивает абсолютные измерения расстояния независимо от условий окружающего освещения и характеристик цели (например, цвета, формы, текстуры и отражательной способности), хотя эти внешние условия влияют на максимальную дальность действия датчика. Все эти датчики имеют разрешение 1 мм, с некоторыми ограничениями для некоторых версий.

Ссылки:

• Техническое описание VL53L7CX (3 МБ в формате PDF)
• Принципиальная схема модуля VL53L7CX, 8 × 8 зон, широкий угол обзора, держатель датчика расстояния с регулятором напряжения, макс. 350 см (103k pdf)
• Габаритная диаграмма держателя датчика расстояния VL53L7CX с временем пролета, 8 × 8 зон, широкий угол обзора и регулятор напряжения, макс. 350 см (686k pdf)
• 3D-модель VL53L7CX времяпролетного носителя с широким углом обзора 8 × 8 зон и регулятором напряжения, макс. 350 см (шаг 4 МБ)
• Руководство по сверлению для держателей времяпролетных датчиков расстояния 8×8 зон VL53L5CX/VL53L7CX (27k dxf)
• Руководство пользователя UM3038: Руководство по использованию времяпролетного датчика дальности VL53L7CX с API Ultra Lite Driver (ULD) (736k pdf)
• UM10204 Спецификация шины I²C и руководство пользователя (1 МБ в формате PDF) Официальная спецификация шины I²C, поддерживаемая NXP.
• Библиотека Arduino SparkFun VL53L5CX Эта библиотека Arduino от SparkFun представляет собой порт ST VL53L5CX ULD API, который работает с платформой Arduino; его также можно использовать с VL53L7CX.