POLOLU-3692

Sensor de distancia de tiempo de vuelo VL53L4CD.

Este sensor es una placa de conexión/soporte para el sensor de medición de distancia láser VL53L4CD de ST, que ofrece una medición de distancia rápida (hasta 100 Hz) y precisa de 1 mm a 1200 mm (1.2 metros) . Utiliza el tiempo de vuelo (ToF) de pulsos láser invisibles y seguros para la vista para medir distancias absolutas independientemente de las condiciones de iluminación ambiental y las características del objetivo, como el color, la forma y la textura (aunque estas cosas afectarán el alcance máximo). Las mediciones de distancia se pueden leer a través de una interfaz digital I²C. La placa incluye un regulador lineal de 2,8 V y cambiadores de nivel que le permiten trabajar en un rango de voltaje de entrada de 2,6 V a 5,5 V, y el espaciado de pines de 0,1″ hace que sea fácil de usar con placas de pruebas estándar sin soldadura y placas perforadas de 0,1″.

El VL53L4CD es un sistema lidar diminuto y autónomo que incorpora un láser de clase 1 de 940 nm integrado, que es invisible y seguro para la vista. A diferencia de los sensores IR convencionales que utilizan la intensidad de la luz reflejada para estimar la distancia a un objeto, el VL53L4CD utiliza la tecnología FlightSense de ST para medir con precisión cuánto tardan los pulsos de luz láser infrarroja emitidos en llegar al objeto más cercano y reflejarse de nuevo en un detector. Este enfoque garantiza mediciones de distancia absolutas independientemente de las condiciones de iluminación ambiental y las características del objetivo (por ejemplo, color, forma, textura y reflectividad), aunque estas condiciones externas afectan al alcance máximo del sensor, al igual que los ajustes de configuración del sensor.

En condiciones favorables, como una luz ambiental baja con un objetivo de alta reflectividad, el VL53L4CD puede informar distancias de 1 mm a 1,2 m (4 pies) con una resolución de 1 mm. La sincronización del rango del sensor es configurable, lo que le permite elegir el equilibrio adecuado entre velocidad, precisión, distancia máxima y consumo de energía para su aplicación. Consulte la hoja de datos para obtener más información sobre cómo las diversas condiciones externas y configuraciones del sensor afectan su rendimiento. Las mediciones de rango están disponibles a través de la interfaz I²C (TWI) del sensor, que también se utiliza para configurar los ajustes del sensor, y el sensor proporciona dos pines adicionales: una entrada de apagado y una salida de interrupción que se puede configurar para que se active cuando se detecta un objetivo dentro de una ventana de distancia seleccionada.

La placa base incluye un regulador de voltaje lineal de baja caída que proporciona los 2,8 V que requiere el VL53L4CD y permite que el sensor se alimente con una fuente de alimentación de 2,6 V a 5,5 V. La salida del regulador está disponible en el pin VDD y puede suministrar alrededor de 100 mA a dispositivos externos. La placa de expansión también incluye un circuito que cambia el reloj I²C y las líneas de datos al mismo nivel de voltaje lógico que el VIN suministrado, lo que hace que sea sencillo interconectar la placa con sistemas de 3,3 V o 5 V, y el espaciado de pines de 0,1″ de la placa facilita su uso con Protoboard y placas perforadas de 0,1″.

Los pines están espaciados para funcionar con REGLETA 40 X 1  y REG-40 X 1- H (disponibles por separado), lo que hace que la placa sea fácil de usar con Protoboard y placas perforadas de 0,1″.

Características y especificaciones

• Dimensiones: 0,5″ × 0,7″ × 0,085″ (13 mm × 18 mm × 2 mm)
• Peso sin pines del cabezal: 0,5 g (0,02 oz)
• Voltaje de funcionamiento: 2,6 V a 5,5 V
• Corriente de suministro de rango activo típica: 25 mA
  • Varía según la configuración, el objetivo y el entorno; la corriente máxima puede alcanzar los 40 mA
• El software del controlador de potencia ultrabaja (ULP) permite que el sensor realice una detección de proximidad básica con un consumo de corriente reducido (<100 μA)
• Frecuencia máxima de muestreo: 100 Hz
• Alcance máximo: 1,2 m (4 pies)
• Resolución: 1 mm
• Rango mínimo: 1 mm (se detectan objetos de hasta 0 mm, pero las mediciones pueden no ser precisas)
• Emisor: VCSEL (láser de emisión superficial de cavidad vertical) de clase 1 invisible de 940 nm, seguro para los ojos
• Detector: matriz receptora SPAD (diodo de avalancha de fotón único)
  • Campo de visión completo típico (FoV): 18°
• Umbrales de interrupción de detección configurables para implementar la detección de presencia autónoma de bajo consumo:
  • objetivo más cercano que el umbral
  • objetivo más allá del umbral
  • objetivo dentro de la ventana de distancia
  • objetivo fuera de la ventana de distancia
• Formato de salida (I²C): lectura de distancia de 16 bits (en milímetros)

Funcionamiento

Se necesitan al menos cuatro conexiones para utilizar la placa VL53L4CD: VIN, GND, SCL y SDA. El pin VIN debe estar conectado a una fuente de 2,8 V a 5,5 V, y GND debe estar conectado a 0 voltios. Un regulador de voltaje lineal integrado convierte VIN en una fuente de 2,8 V, a la que se puede acceder a través del pin VDD, para el CI VL53L4CD. Los voltajes de suministro entre 2,6 V y 3,5 V también se pueden conectar a VDD (con VIN desconectado) para evitar el regulador y alimentar la placa directamente.

Los pines I²C, SCL y SDA, están conectados a cambiadores de nivel incorporados que hacen que sea seguro usarlos a voltajes superiores a VDD; deben estar conectados a un bus I²C que funcione en el mismo nivel lógico que VIN (o VDD, si se alimenta la placa a través de VDD).

• GPIO1
  • Funcionalidad:
    • Salida de Drenaje Abierto: GPIO1 actúa como una salida de drenaje abierto, lo que significa que puede ser utilizada para enviar una señal de baja lógica (0V) a un dispositivo externo. Cuando no está activada, el pin está en alta impedancia (desconectado), lo que permite que una resistencia pull-up (conectada a VDD) lo mantenga en estado alto (VDD).
    • Interrupciones: GPIO1 puede ser utilizado para indicar eventos, como la finalización de una medición o un cambio en el estado del sensor. Esto permite que el microcontrolador reaccione rápidamente a la información del sensor sin necesidad de estar constantemente consultando su estado.
  • Uso:
    • Lectura de Estado: El microcontrolador puede monitorear este pin para recibir señales del sensor. Cuando el sensor completa una medición, puede activar GPIO1, lo que permite que el microcontrolador realice una acción, como leer la distancia medida.
    • Interfaz de Comunicación: Puede ser utilizado para sincronizar la comunicación entre el sensor y el microcontrolador.
• XSHUT
  • Funcionalidad:
    • Pin de Apagado: El pin XSHUT se utiliza para encender o apagar el sensor. Cuando se conecta a tierra (LOW), el sensor se apaga completamente, lo que ayuda a conservar energía cuando no se necesita.
    • Reinicio: Al activar el pin XSHUT nuevamente (HIGH), el sensor se reinicia y se prepara para comenzar a medir distancias nuevamente.
  • Uso:
    • Control de Energía: Este pin es especialmente útil en aplicaciones de bajo consumo, donde es importante minimizar el uso de energía cuando el sensor no está en uso. El microcontrolador puede controlar este pin para apagar el sensor durante períodos de inactividad.
    • Reinicio del Sensor: Si el sensor no responde correctamente, se puede utilizar XSHUT para reiniciarlo, llevando el pin a LOW y luego a HIGH para forzar un reinicio.

Resumen

• GPIO1 es útil para recibir señales del sensor y permitir una comunicación eficiente con el microcontrolador, facilitando la detección de eventos como la finalización de mediciones.
• XSHUT proporciona una manera de controlar el encendido y apagado del sensor, ayudando a gestionar el consumo de energía y permitiendo reinicios cuando sea necesario.

Recomendaciones de Uso:

• Asegúrate de que el umbral de alta lógica del microcontrolador sea inferior a VDD para poder leer la salida GPIO1 correctamente.
• Para activar el pin XSHUT, el microcontrolador puede alternar su propia salida entre estados bajo y alta impedancia.
• Alternativamente, nuestro cambiador de nivel lógico bidireccional de 4 canales se puede usar externamente con esos pines.

Diagrama esquemático

Documentación

• VL53L4CD library for Arduino.
• STM32duino VL53L4CD library for Arduino.