VL6180X Portadora do Sensor de Distância de Tempo de Vôo com Regulador de Tensão

As medições de distância e nível de luz ambiente podem ser lidas por meio de uma interface digital I²C. A placa tem um regulador linear de 2,8 V e deslocadores de nível integrados que permitem que ela funcione em uma faixa de tensão de entrada de 2,7 V a 5,5 V e 0,1? o espaçamento dos pinos facilita o uso com placas de ensaio sem solda padrão e 0,1? perfboards.

Visão geral

O VL6180X da ST Microelectronics é um sensor que combina alcance de proximidade e recursos de medição de nível de luz ambiente em um único pacote. Esta placa é uma transportadora para o VL6180X, portanto, recomendamos a leitura cuidadosa da folha de dados do VL6180X 1 MB de pdf antes de usar este produto.

Ao contrário dos sensores ópticos mais simples que usam a intensidade da luz refletida para detectar objetos, o VL6180 usa a tecnologia FlightSense da ST para medir com precisão quanto tempo leva para que os pulsos emitidos de luz infravermelha de laser atinjam o objeto mais próximo e sejam refletidos de volta para um detector , tornando-o essencialmente um sensor lidar de curto alcance. Esta medição de tempo de voo TOF permite determinar com precisão a distância absoluta para um alvo de até 10 cm 4? afastado com resolução de 1 mm, sem ser influenciado pela refletância do objeto. Em algumas condições, o sensor pode medir e relatar distâncias a um objeto de até cerca de 20 cm 8? distância, dependendo do alvo e do ambiente. O VL6180 também inclui um sensor de luz ambiente, ou ALS, que pode medir a intensidade da luz com a qual é iluminado. Medições de luz ambiente e de alcance estão disponíveis por meio da interface I²C TWI do sensor, que também é usada para definir as configurações do sensor, e dois pinos GPIO programáveis ​​independentemente podem ser configurados como saídas de interrupção.

O VL6180X é um ótimo IC, mas seu pacote LGA pequeno e sem chumbo torna-o difícil para um estudante ou amador usar. Ele também opera em tensões abaixo de 3 V, o que pode dificultar a interface para microcontroladores operando em 3,3 V ou 5 V. Nossa placa de breakout resolve esses problemas, tornando mais fácil começar a usar o sensor, enquanto mantém o tamanho geral o menor possível .

A placa portadora inclui um regulador de tensão linear de baixa queda que fornece os 2,8 V exigidos pelo VL6180X, permitindo que o sensor seja alimentado por uma fonte de 2,7 V a 5,5 V. A saída do regulador está disponível no pino VDD e pode fornecer quase 150 mA para dispositivos externos. A placa de breakout também inclui um circuito que muda o relógio I²C e as linhas de dados para o mesmo nível de tensão lógica do VIN fornecido, tornando simples a interface da placa com sistemas de 3,3 V ou 5 V e 0,1? o espaçamento dos pinos facilita o uso com placas de ensaio sem solda padrão e 0,1? perfboards. A placa é enviada totalmente preenchida com seus componentes SMD, incluindo o VL6180X, conforme mostrado na imagem do produto.

Especificações

• Dimensões: 0,5? × 0,7? × 0,085? 13 mm × 18 mm × 2 mm
• Peso sem pinos de cabeçalho: 0,5 g 0,02 onças
• Tensão de operação: 2,7 V a 5,5 V
• Corrente de alimentação: 5 mA típico; varia com configuração, destino e ambiente
• Formato de saída I²C: leitura de distância de 8 bits em milímetros, leitura de luz ambiente de 16 bits
• Faixa de medição de distância: 0 mm a 100 mm 0? a 4 ?; veja o gráfico à direita para ver o desempenho típico de variação.
  • Variando além de 100 mm é possível com certas refletâncias alvo e condições ambientais, mas não é garantido; o intervalo é relatado como um valor de 8 bits em mm, portanto, não pode exceder 255 mm.

Componentes incluídos

Uma tira 1 × 7 de 0,1? pinos de cabeçalho e uma tira 1 × 7 de 0,1? pinos de cabeçalho de ângulo reto estão incluídos, conforme mostrado na imagem abaixo. Você pode soldar a faixa do cabeçalho de sua escolha na placa para usar com cabos personalizados ou placas de ensaio sem solda, ou pode soldar os fios diretamente na própria placa para instalações mais compactas.

A placa tem dois orifícios de montagem com espaçamento de 0,5? além disso, funcionam com parafusos # 2 e M2 não incluídos.

Usando o VL6180X

Conexões

É necessário um mínimo de quatro conexões para usar a placa VL6180X: VIN, GND, SCL e SDA. O pino VIN deve ser conectado a uma fonte de 2,7 V a 5,5 V e o GND deve ser conectado a 0 volts. Um regulador de tensão linear integrado converte VIN em uma fonte de 2,8 V para o VL6180X IC.

Os pinos I²C, SCL e SDA, são conectados a deslocadores de nível integrados que os tornam seguros para uso em tensões acima de 2,8 V; eles devem ser conectados a um barramento I²C operando no mesmo nível lógico do VIN.

Os dois pinos GPIO são saídas de dreno aberto puxadas até 2,8 V pela placa, embora o padrão GPIO0 seja uma entrada habilitada para chip. Eles não estão conectados aos deslocadores de nível na placa e não tolerantes a 5 V, mas podem ser usados ​​como estão com muitos microcontroladores de 3,3 V e 5 V: o microcontrolador pode ler a saída do sensor, desde que seu limite lógico alto esteja abaixo de 2,8 V, e o microcontrolador pode alternar sua própria saída entre os estados de baixa e alta impedância para acionar o pino. Como alternativa, nosso deslocador de nível lógico bidirecional de 4 canais pode ser usado externamente com esses pinos.

Pinagem

Quase 150 mA está disponível para alimentar componentes externos. Se quiser ignorar o regulador interno, você pode usar este pino como uma entrada de 2,8 V com VIN desconectado.VINEsta é a conexão principal de alimentação de 2,7 V a 5,5 V. Os deslocadores de nível SCL e SDA puxam as linhas I²C para este nível.GNDA conexão de 0 V de aterramento para sua fonte de alimentação. Sua fonte de controle I²C também deve compartilhar um terreno comum com esta placa.SDA / SDI / SDOLinha de dados I²C com deslocamento de nível: HIGH é VIN, LOW é 0 VSCL / SPCLinha do relógio I²C com deslocamento de nível: HIGH é VIN, LOW é 0 VGPIO0 / CEEste pino é configurado como uma entrada de ativação de chip na inicialização do VL6180X; a placa o puxa até o VDD para habilitar o sensor por padrão. Abaixar este pino coloca o sensor em standby de hardware. Depois que o VL6180X é ligado, este pino pode ser reconfigurado como um nível lógico VDD de saída de interrupção programável. Esta entrada / saída não muda de nível. GPIO1Nível lógico VDD de saída de interrupção programável. O VL6180X também conduz este pino para baixo quando está em standby de hardware. Esta saída não muda de nível.

Diagrama esquemático

O esquema acima mostra os componentes adicionais que a placa de transporte incorpora para tornar o VL6180 mais fácil de usar, incluindo o regulador de tensão que permite que a placa seja alimentada de 2,7 V a Alimentação de 5,5 V e o circuito de deslocamento de nível que permite a comunicação I²C no mesmo nível de tensão lógica do VIN. Este esquema também está disponível como PDF para download 90k pdf.

Comunicação I2C

O VL6180X pode ser configurado e suas leituras de distância e luz ambiente podem ser consultadas através do barramento I²C. Os deslocadores de nível no relógio I²C SCL e as linhas de dados SDA permitem a comunicação I²C com microcontroladores operando na mesma tensão que VIN 2,7 V a 5,5 V. Uma explicação detalhada da interface I²C no VL6180X pode ser encontrada em datasheet 1 MB pdf, e informações mais detalhadas sobre I²C em geral podem ser encontradas em Especificação do barramento I²C da NXP 371k pdf.

O endereço escravo de 7 bits do sensor é padronizado para 0101001b na inicialização. Ele pode ser alterado para qualquer outro valor escrevendo um dos registros de configuração do dispositivo, mas o novo endereço só se aplica até que o sensor seja reiniciado ou desligado.

A interface I²C no VL6180X é compatível com o padrão I²C de modo rápido 400 kHz. Em nossos testes da placa, fomos capazes de nos comunicar com o chip em frequências de clock de até 400 kHz; frequências mais altas podem funcionar, mas não foram testadas.

Amostra de código

Nós escrevemos uma biblioteca Arduino básica para o VL6180X que facilita a interface desse sensor com um Arduino ou Controlador compatível com Arduino. A biblioteca simplifica a configuração do VL6180X e a leitura dos dados de distância e nível de luz ambiente por meio de I²C. Também inclui esboços de exemplo que mostram como usar a biblioteca.

Dicas de protocolo

A folha de dados fornece muitas informações sobre este sensor, mas muitas informações essenciais - incluindo uma sequência de inicialização obrigatória - só podem ser encontradas em outros documentos. Escolher os detalhes importantes pode levar algum tempo. Aqui estão algumas dicas para se comunicar e configurar o VL6180X que esperamos que o ajudem a começar a trabalhar um pouco mais rápido:

• Ao contrário de muitos outros sensores I²C de ST, que usam endereços de registro de 8 bits, o VL6180X usa endereços de registro de 16 bits.
• O sensor deve ser inicializado com uma sequência particular de configurações na inicialização ou reinicialização. Esta sequência não é abordada na folha de dados, mas pode ser encontrada na nota do aplicativo ST AN4545 706k pdf e dica de design DT0037 386k pdf. Nossa biblioteca Arduino inclui uma função que realiza essa inicialização.
• Os dois documentos acima também podem ajudá-lo a entender os procedimentos básicos para configurar o VL6180X e obter leituras dele. Documentos adicionais, fornecendo detalhes sobre muitos outros aspectos do VL6180X, podem ser encontrados na página do produto da ST para o VL6180X.
• As medições de distância e luz ambiente podem ser realizadas em modo de disparo único ou contínuo. Em qualquer um dos modos, uma vez que cada medição é iniciada, você deve consultar um registro de status para aguardar sua conclusão. No modo contínuo, você deve garantir que o período de intermedição selecionado seja maior do que o tempo que leva para realizar cada medição.