VL53L0X：ピン構成、回路図、およびアプリケーション

センサーは自動化の進化にとって最も重要な触媒です。技術の進歩に伴い、今日ではさまざまなアプリケーションに利用できるアナログセンサーとデジタルセンサーの両方があります。センサーの開発により、多くの自動化タスクが容易になります。今日、温度を測定する、光の強さを測定する、湿度を測定する、音を測定する、放射を測定する、近接を測定するなどのセンサーがあります…物体の距離範囲を測定するために、さまざまなタイプの距離センサーが利用可能です。市場。操作にレーザービームを使用するものもあれば、LEDを使用するものもあります。距離範囲を測定するためにレーザービームを使用するそのようなセンサーの1つはVL53L0XICです。

VL53L0Xとは何ですか？

VL53L0Xは、飛行時間の原理を使用して動作するLIDARベースの距離測定センサーです。このデバイスは非常に小さく、マイクロコントローラーと簡単に接続できます。

動作原理

VL53L0Xはレーザー測距センサーです。これは、飛行時間の原理を使用して、オブジェクトの距離を測定します。ここで、レーザービームは、デバイスに存在する垂直共振器面発光レーザーから放出されます。このビームはオブジェクトの表面を打ち、跳ね返ります。レーザービームが物体の表面に衝突してセンサーに反射するまでにかかる時間は、飛行時間として知られています。この時間は、物体とセンサーの間の距離を計算するために測定されます。光子のタイミングと光子の距離を測定するために、SPADアレイがデバイスで使用されます。これにより、デバイスの精度も向上します。 VL53L0Xは、表面の反射率が高い場合でも、オブジェクトの距離範囲を測定できます。

ピン設定

VL53L0X距離センサーはSTMicroelectronicsから提供されており、12ピンICとして利用できます。 ICのピンの説明は以下のとおりです–

• ピン-1AVDDVCSELは、主電源に接続されているVCSELへの電源ピンです。このピンには2.6V〜5.5Vの電圧が供給されます。
• ピン2は、VCSELグランドピン-AVSSVCSELです。このピンはメイングラウンドに接続されています。
• ピン3はIC-GNDのグランドピンです。
• ピン4はグランドピンGND2でもあります。
• ピン-5はデジタル入力Xshutdownピン-XSHUTです。
• ピン-6はグランドピン-GND3です
• ピン7は割り込み出力ピンGPIO1です。これはデジタル出力ピンです。
• ピン8はピンDNCを接続しないでください。このピンはフローティングのままです
• ピン-9はI2Cシリアルデータピン-SDAです。これはデジタル入出力ピンです。
• ピン-10はI2Cシリアルクロック入力ピン–SCLです。これはデジタル入力ピンです。
• ピン-11は電源電圧ピン-AVDDです。
• ピン-12はグランドピン-GND4です。このピンはメイングラウンドに接続する必要があります。

ブロック図

APIを使用すると、VL53L0Xの多くの高レベルの機能をホストで制御できます。 VL53L0Xの初期化、キャリブレーション、精度の選択、レンジングモードの選択、開始/停止などは、APIコマンドで制御できます。

このAPIは、どのプラットフォームでもコンパイルできます。 APIには、シングルレンジング、連続レンジング、および時限レンジングの3つのレンジングモードが含まれています。シングルレンジングモードでは、API関数が呼び出された後にレンジングが実行されます。ここでは、レンジングは1回だけ行われます。

連続レンジングでは、API関数を呼び出した後にレンジングが連続的に実行されます。ここでSWスタンバイモードに戻るには、ユーザーはレンジングを停止する必要があります。時限レンジングでは、レンジングはAPI関数を呼び出した後も継続的に実行されますが、各測定後、ユーザー定義の遅延後に別のレンジングが開始されます。

回路図

VL53L0Xとマイクロコントローラーのインターフェースでは、外部コンデンサーと抵抗器が使用されます。主電源電圧ピンAVDDで使用される外部コンデンサは、ノイズと干渉を減らすために、AVDDVCSELピンとAVDDVCSELピンのできるだけ近くに配置する必要があります。

2.8VのAVDDには、1.5kΩから2kΩの外部プルアップ抵抗をお勧めします。 XSHUTおよびGPIO1の場合、10kΩが推奨されるプルアップ抵抗値です。ホストには、コマンドを使用してVL53L0Xを制御するためのAPIがあります。

VL53L0Xの仕様

VL53L0Xの仕様の一部を以下に示します–

• このデバイスの動作電圧範囲は2.6V〜3.5Vです
• このデバイスを動作させるには、10mAの供給電流が必要です。
• マイクロコントローラーと通信するために、I2C通信プロトコルがオンボードで提供されています。
• このデバイスは、最大2メートルの目標距離を測定できます。
• 2.8Vリニア電圧レギュレータが提供されています。
• 単一光子アバランシェダイオードアレイがデバイスで使用されています。
• レーザーレンジングには、980nmの垂直共振器面発光レーザーが使用されます。
• このデバイスには、統合レベルシフターもあります。
• このデバイスは、雰囲気に対する耐性があります。
• ガラスの光学的クロストークを適切に防止するために、統合されたIRフィルターが提供されています。
• 動作温度範囲は-20°C〜70°Cです。
• このデバイスは、オプティカルLGA12パッケージとして入手できます。
• VL53L0XはAPIを使用して制御できます。
• APIを使用すると、多くのハイエンドアプリケーションを顧客が簡単に設計できます。
• このAPIには、VL53L0Xの機能を制御するための3つのレンジングモードが含まれています。

VL53L0Xのアプリケーション

VL53L0Xはレーザー測距モジュールです。このセンサーは、3D画像用のiphone7やその他のApple電話で最初に使用されたときに普及しました。このモジュールにはさまざまな用途があります。それらのいくつかを以下に示します–

• VL53L0Xは、障害物の検出と回避のためにロボット工学で使用されます。
• 最新のモバイルスマートフォンの多くでは、このモジュールは近接センサーとして使用されています。
• 暗い場所で画像を撮影する必要がある医用画像に使用されます。
• カメラでは、オートフォーカスにVL53L0Xが使用されます。
• 動きの速い物体の画像をキャプチャし、カメラのパフォーマンスを向上させるために、VL53L0Xは最新のカメラで使用されています。
• 1次元ジェスチャ認識の場合、このモジュールが使用されます。
• 自動蛇口、石鹸ディスペンサー、および自動タップでは、手のジェスチャーを検出するために、VL53L0Xが適用されます。
• このモジュールは、ユーザーを検出するためにコンピューターやラップトップでも使用されます。

代替IC

ST Microelectronicsが提供するVL53L0Xセンサーの他に、このモジュールの代替として使用できる他のICには、VL6180、超音波センサーHC-SR04があります。

このセンサーで使用されているレーザーは目に見えず、人間の目に害はありません。 VL53L0Xは、世界最小の距離測定センサーとしても広く知られています。このセンサーの電気的特性の詳細については、データセットをご覧ください。スマートフォンはカメラレンズのオートフォーカスにVL53L0Xを使用していますか？