传感器是自动化发展的最重要催化剂。随着技术的发展，如今有模拟和数字传感器可用于各种应用。传感器的开发使许多自动化任务变得更容易。如今，有传感器可以测量温度、测量光强、测量湿度、测量声音、测量辐射、测量接近度等。为了测量物体的距离范围，市场上有各种类型的距离传感器。有些使用激光束进行操作，而有些使用LED。一种使用激光束测量距离范围的传感器是VL53L0X IC。


什么是VL53L0X？

VL53L0X是一种基于激光雷达的测距传感器，使用飞行时间原理进行操作。该设备非常小，可以很容易地与微控制器接口。

工作原理

VL53L0X是一种激光测距传感器。它使用飞行时间原理来测量物体的距离。这里，激光束从设备中存在的垂直腔表面发射激光器中释放。该光束撞击对象的表面并反弹回来。激光束撞击物体表面并反射回传感器所花费的时间被称为飞行时间。测量该时间是为了计算物体和传感器之间的距离。为了测量光子定时和光子距离，设备中使用了SPAD阵列。这也提高了设备的精度。VL53L0X可以测量物体的距离范围，即使物体表面具有高度反射性。

引脚配置

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VL53L0X引脚图

VL53L0X距离传感器由ST Microelectronics提供，可作为12引脚IC提供。IC的引脚描述如下所示——

  • 引脚-1 AVDDVCSEL是连接到主电源的VCSEL的电源引脚。向该引脚提供2.6V至5.5V的电压。
  • 引脚2是VCSEL接地引脚-AVSSVCSEL。此引脚连接到主接地。
  • 引脚-3是IC的接地引脚-GND。
  • 引脚4也是接地引脚GND2。
  • 引脚5是数字输入Xshutdown引脚-XSHUT。
  • 引脚6是接地引脚-GND3，
  • 引脚-7是中断输出引脚-GPIO1。这是一个数字输出引脚。
  • 引脚8是禁止连接的引脚DNC。此引脚处于浮动状态
  • 引脚9是I2C串行数据引脚-SDA。这是一个数字输入/输出引脚。
  • 引脚10是I2C串行时钟输入引脚–SCL。这是一个数字输入引脚。
  • 引脚11是电源电压引脚-AVDD。
  • 引脚12是接地引脚-GND4。该引脚应连接到主接地。

方框图

借助API，主机可以控制VL53L0X的许多高级功能。VL53L0X的初始化、校准、精度选择、测距模式选择、启动/停止等均可通过API命令进行控制。

这个API可以在任何平台上编译。API包含3种测距模式–单次测距、连续测距和定时测距。在单次测距模式下，测距是在调用API函数后完成的。这里只进行一次测距。

在连续测距中，在调用API函数后连续进行测距。在这里，要返回到SW待机模式，用户必须停止测距。在定时测距中，测距是在调用API函数后连续进行的，但每次测量后，另一次测量都会在用户定义的延迟后开始。

电路图

Circuit-Diagram-of-VL53L0X
VL53L0X电路图

在VL53L0X与微控制器的接口过程中，使用了外部电容器和电阻器。与主电源电压引脚AVDD一起使用的外部电容器应尽可能靠近AVDDVCSEL和AVDDVCSEL引脚，以减少噪声和干扰。

对于2.8V的AVDD，建议使用1.5kΩ至2kΩ的外部上拉电阻器。对于XSHUT和GPIO1，建议使用10kΩ的上拉电阻器值。主机有一个API，通过该API可以使用命令控制VL53L0X。

VL53L0X的规格

VL53L0X的一些规格如下所示——

  • 该设备的工作电压范围为2.6V至3.5V
  • 该设备需要10mA的供电电流才能工作。
  • 为了与微控制器通信，板载提供了I2C通信协议。
  • 该设备可以测量高达2米的目标距离。
  • 提供了一个2.8V线性电压调节器。
  • 该器件采用单光子雪崩二极管阵列。
  • 980nm垂直腔面发射激光器用于激光测距。
  • 该设备还有一个集成电平移位器。
  • 这种设备对环境具有免疫力。
  • 为了很好地防止玻璃光学串扰，提供了集成IR滤波器。
  • 工作温度范围为-20°C至70°C。
  • 此设备可作为Optical LGA12封装提供。
  • VL53L0X可以使用API进行控制。
  • 使用API，客户可以轻松设计许多高端应用程序。
  • 此API包含3种测距模式，用于控制VL53L0X的功能。

VL53L0X的应用

VL53L0X是一个激光测距模块。这种传感器在iphone7和其他苹果手机上首次用于3D图像时就很受欢迎。这个模块有各种各样的应用。下面列出了其中的一些——

  • VL53L0X用于机器人检测和规避障碍。
  • 在许多最新的移动智能手机中，该模块被用作接近传感器。
  • 用于必须在弱光条件下拍摄图像的医学图像。
  • 在相机中，使用VL53L0X进行自动对焦。
  • 为了捕捉快速移动物体的图像并提高相机的性能，VL53L0X被用于现代相机。
  • 对于一维手势识别，使用该模块。
  • 在自动水龙头、肥皂分配器和自动水龙头中，为了检测手势，应用了VL53L0X。
  • 该模块也用于计算机和笔记本电脑中进行用户检测。

替代IC

除了ST Microelectronics提供的VL53L0X传感器外，可以用作该模块替代品的其他一些IC是VL6180，超声波传感器HC-SR04。

该传感器中使用的激光是不可见的，对人眼无害。VL53L0X也被普遍称为世界上最小的测距传感器。有关该传感器电气特性的更多详细信息，请参阅其数据表。您的智能手机是否使用VL53L0X进行相机镜头的自动对焦？