VL53L0X :Pinbelegung, Schaltplan und Anwendungen

Sensoren sind der wichtigste Katalysator für die Evolution der Automatisierung. Mit dem technologischen Fortschritt stehen heute sowohl analoge als auch digitale Sensoren für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Die Entwicklung von Sensoren erleichtert viele Automatisierungsaufgaben. Heutzutage gibt es Sensoren zur Temperaturmessung, Lichtintensitätsmessung, Feuchtigkeitsmessung, Schallmessung, Strahlungsmessung, Näherungsmessung usw. Zur Messung des Entfernungsbereichs eines Objekts stehen verschiedene Arten von Distanzsensoren zur Verfügung Markt. Einige verwenden Laserstrahlen für den Betrieb, während andere LEDs verwenden. Ein solcher Sensor, der den Laserstrahl zum Messen des Entfernungsbereichs verwendet, ist der VL53L0X IC.

Was ist VL53L0X?

VL53L0X ist ein auf LIDAR basierender Distanzmesssensor, der nach dem Flugzeitprinzip arbeitet. Dieses Gerät ist sehr klein und kann leicht mit Mikrocontrollern verbunden werden.

Arbeitsprinzip

VL53L0X ist ein Laser-Entfernungsmesser. Es nutzt das Time-of-Flight-Prinzip zur Messung der Entfernung der Objekte. Hier wird ein Laserstrahl von dem im Gerät vorhandenen Vertical Cavity Surface Emitting Laser abgegeben. Dieser Strahl trifft auf die Oberfläche des Objekts und prallt zurück. Die Zeit, die der Laserstrahl benötigt, um die Oberfläche des Objekts zu treffen und zum Sensor zurückzureflektieren, wird als Flugzeit bezeichnet. Diese Zeit wird gemessen, um den Abstand zwischen Objekt und Sensor zu berechnen. Zur Messung des Photon-Timings und des Photonen-Abstands wird im Gerät ein SPAD-Array verwendet. Dies erhöht auch die Genauigkeit des Geräts. Der VL53L0X kann den Entfernungsbereich des Objekts messen, selbst wenn seine Oberfläche stark reflektierend ist.

Pin-Konfiguration

Der Distanzsensor VL53L0X von ST Microelectronics ist als 12-Pin-IC erhältlich. Die Pin-Beschreibung des IC ist wie unten angegeben –

• Pin -1 AVDDVCSEL  ist der Stromversorgungs-Pin für VCSEL, der mit der Hauptversorgung verbunden ist. An diesem Pin wird eine Spannung von 2,6 V bis 5,5 V angelegt.
• Pin-2  ist der VCSEL-Massepin -AVSSVCSEL. Dieser Pin ist mit der Hauptmasse verbunden.
• Pin-3 ist der Masse-Pin von IC-GND.
• Pin-4 ist auch der Masse-Pin GND2.
• Pin-5 ist der digitale Eingang Xshutdown Pin -XSHUT.
• Pin-6 ist der Masse-Pin -GND3,
• Pin-7 ist der Interrupt-Ausgangspin-GPIO1. Dies ist ein digitaler Ausgangspin.
• Pin-8 ist der Pin-DNC nicht verbinden. Dieser Pin bleibt schweben
• Pin-9 ist der serielle I2C-Datenpin-SDA. Dies ist ein digitaler Eingangs-/Ausgangs-Pin.
• Pin-10 ist der serielle I2C-Takteingangspin – SCL. Dies ist ein digitaler Eingangspin.
• Pin-11 ist der Versorgungsspannungs-Pin-AVDD.
• Pin-12 ist der Masse-Pin-GND4. Dieser Pin sollte mit der Hauptmasse verbunden werden.

Blockdiagramm

Mit Hilfe der API können viele High-Level-Funktionen von VL53L0X  vom Host gesteuert werden. Initialisierung, Kalibrierung, Auswahl der Genauigkeit, Auswahl des Bereichsmodus, Start/Stop usw. des VL53L0X können über die API-Befehle gesteuert werden.

Diese API kann auf jeder Plattform kompiliert werden. Die API enthält 3 Ranging-Modi – Single Ranging, Continuous Ranging und Timed Ranging. Im Single-Ranging-Modus erfolgt das Ranging, nachdem die API-Funktion aufgerufen wurde. Hier wird das Rangieren nur einmal durchgeführt.

Bei der kontinuierlichen Bereichsauswahl erfolgt die Bereichsauswahl fortlaufend nach dem Aufrufen der API-Funktion. Um hier in den SW-Standby-Modus zurückzukehren, muss der Benutzer die Bereichswahl beenden. Bei der zeitgesteuerten Entfernungsmessung erfolgt die Entfernungsmessung kontinuierlich nach dem Aufruf der API-Funktion, aber nach jeder Messung beginnt die andere nach einer benutzerdefinierten Verzögerung.

Schaltplan

Bei der Verbindung des VL53L0X mit Mikrocontrollern werden externe Kondensatoren und Widerstände verwendet. Externe Kondensatoren, die mit dem Hauptversorgungsspannungs-Pin AVDD verwendet werden, sollten so nah wie möglich am AVDDVCSEL- und AVDDVCSEL-Pin platziert werden, um Rauschen und Interferenzen zu reduzieren.

1,5kΩ bis 2kΩ externe Pullup-Widerstände werden für AVDD von 2,8V empfohlen. Für XSHUT und GPIO1 ist 10kΩ der empfohlene Pullup-Widerstandswert. Ein Host verfügt über eine API, über die VL53L0X mithilfe von Befehlen gesteuert wird.

Spezifikationen von VL53L0X

Einige der Spezifikationen von VL53L0X  sind unten aufgeführt –

• Der Betriebsspannungsbereich für dieses Gerät beträgt 2,6 V bis 3,5 V
• Dieses Gerät benötigt zum Betrieb einen Versorgungsstrom von 10mA.
• Um mit dem Mikrocontroller zu kommunizieren, wird das I2C-Kommunikationsprotokoll an Bord bereitgestellt.
• Dieses Gerät kann die Zielentfernung von bis zu 2 Metern messen.
• Ein linearer 2,8-V-Spannungsregler wird mitgeliefert.
• Einzelphotonen-Lawinendioden-Array wird im Gerät verwendet.
• Ein oberflächenemittierender 980-nm-Laser mit vertikaler Kavität wird für die Laserentfernung verwendet.
• Dieses Gerät hat auch einen integrierten Pegelumsetzer.
• Dieses Gerät ist gegen die Umgebung immun.
•  Um ein optisches Übersprechen von Glas gut zu verhindern, werden integrierte IR-Filter mitgeliefert.
• Der Betriebstemperaturbereich reicht von -20°C bis 70 °C.
• Dieses Gerät ist als optisches LGA12-Paket erhältlich.
• VL53L0X kann über eine API gesteuert werden.
• Mit Hilfe der API können viele High-End-Anwendungen vom Kunden einfach entwickelt werden.
• Diese API enthält 3 Bereichsmodi zur Steuerung der Funktion von VL53L0X.

Anwendungen von VL53L0X

VL53L0X ist ein Laser-Entfernungsmodul. Dieser Sensor wurde populär, als er zum ersten Mal im iphone7 und anderen Apple-Handys für 3D-Bilder verwendet wurde. Es gibt verschiedene Anwendungen dieses Moduls. Einige von ihnen sind unten aufgeführt –

• VL53L0X wird in der Robotik zur Hinderniserkennung und -vermeidung verwendet.
• In vielen der neuesten mobilen Smartphones wird dieses Modul als Näherungssensor verwendet.
• Wird für medizinische Bilder verwendet, bei denen Bilder bei schlechten Lichtverhältnissen aufgenommen werden müssen.
• In Kameras wird für den Autofokus VL53L0X verwendet.
• Um das Bild von sich schnell bewegenden Objekten aufzunehmen und die Leistung der Kamera zu erhöhen, wird VL53L0X in modernen Kameras verwendet.
• Für eindimensionale Gestenerkennung wird dieses Modul verwendet.
• In automatischen Wasserhähnen, Seifenspendern und automatischen Wasserhähnen wird VL53L0X verwendet, um die Handgesten zu erkennen.
• Dieses Modul wird auch in Computern und Laptops zur Benutzererkennung verwendet.

Alternative IC

Neben dem VL53L0X-Sensor von ST Microelectronics sind einige der anderen ICs, die als Alternative zu diesem Modul verwendet werden können, VL6180, Ultraschallsensor HC-SR04.

Der in diesem Sensor verwendete Laser ist unsichtbar und für das menschliche Auge nicht schädlich. Der VL53L0X wird im Volksmund auch als der kleinste Distanzmesssensor der Welt bezeichnet. Weitere Details zu den elektrischen Eigenschaften dieses Sensors finden Sie in seinem Datenblatt. Verwendet Ihr Smartphone VL53L0X für den Autofokus des Kameraobjektivs?