Pololu VL53L4CD Time of Flight Distanzsensor, 120 cm, 1mm Auflösung, I2C, Breakout Platine

Beschreibung

Diese Breakout-Platine integriert den Laser-Distanzsensor VL53L4CD von ST Microelectronics und erleichtert dessen Einsatz in 3,3-V- und 5-V-Systemen. Der Sensor misst Abstände berührungslos per Time-of-Flight: Unsichtbare, augensichere Infrarot-Laserimpulse (940 nm, Class 1) werden ausgesendet und deren Laufzeit bis zum Ziel gemessen. Das Ergebnis ist ein absoluter Distanzwert in Millimetern, unabhängig von Umgebungslicht sowie von Farbe, Form und Textur des Ziels, wobei diese Faktoren die maximal erreichbare Reichweite beeinflussen können.

Der Messbereich reicht unter günstigen Bedingungen von 1 mm bis 1.200 mm bei 1 mm Auflösung und bis zu 100 Hz Abtastrate. Messwerte sowie Konfiguration erfolgen über I²C (Fast-mode Plus, bis 1 MHz). Über den programmierbaren Interrupt-Ausgang GPIO1 lassen sich autonome Schalt- und Überwachungsfunktionen realisieren; der Shutdown-Eingang XSHUT erlaubt die gezielte Adressvergabe bei mehreren Sensoren an einem Bus.

Die Platine übernimmt die notwendige Spannungs- und Pegelanpassung: Ein integrierter LDO-Regler erzeugt die für den Sensor erforderlichen 2,8 V aus einer Eingangsspannung von 2,8 V bis 5,5 V; der VDD-Pin stellt zusätzlich bis zu ~100 mA für externe Komponenten bereit. Die I²C-Leitungen sind pegelgewandelt und arbeiten auf dem Logikpegel von VIN. XSHUT und GPIO1 sind hingegen nicht pegelgewandelt und nicht 5-V-tolerant – bei Bedarf ist ein externer Logikpegelwandler zu verwenden.

Das 0,1"-Rastermaß ermöglicht die direkte Nutzung auf Steckbrettern und Lochrasterplatinen ohne Lötverbindung. Die Platine ist vollständig SMD-bestückt; Stiftleisten und Schrauben sind nicht enthalten.Für die Softwareanbindung stehen der ST ULD API (STSW-IMG026) für vollständige Distanzmessung sowie der ST ULP API (STSW-IMG034) für stromsparende Näherungserkennung zur Verfügung. Beide Modi lassen sich kombinieren. Für Arduino- und STM32duino-Umgebungen existieren fertige Bibliotheken.
Merkmale im Überblick

• Breakout-Platine für den ST VL53L4CD Laser-Distanzsensor
• Time-of-Flight-Messung mit unsichtbaren, augensicheren Laserimpulsen (940 nm, Class 1)
• Messbereich 1 mm bis 1.200 mm, Auflösung 1 mm, max. 100 Hz Abtastrate
• Absolute Distanzmessung unabhängig von Umgebungslicht
• I²C / TWI, Fast-mode Plus bis 1 MHz, 7-Bit-Standardadresse 0101001b
• Integrierter 2,8-V-LDO-Regler, Eingang 2,8 V–5,5 V
• I²C-Pegelwandlung auf VIN-Logikpegel (3,3 V und 5 V kompatibel)
• VDD-Ausgang mit ~100 mA für externe Komponenten
• XSHUT: aktiv-niedriger Shutdown-Eingang (nicht 5-V-tolerant)
• GPIO1: programmierbarer Interrupt-Ausgang (nicht 5-V-tolerant)
• Konfigurierbare Interrupt-Schwellen: unter/über Schwellwert, innerhalb/außerhalb Distanzfenster
• ULP-Modus für Präsenzerkennung mit reduzierter Stromaufnahme (unter 100 µA)
• Kombinierbarer Betrieb: Präsenzdetektor + Distanzmessung
• SMD-bestückt inkl. Sensor, 0,1"-Raster, zwei Montagebohrungen (Nr. 2 / M2)

• Mikrocontroller und Einplatinenrechner mit I²C (3,3 V und 5 V)
• Arduino, Arduino-kompatible Controller, STM32duino
• Standard-Steckbretter (0,1"-Raster) und Lochrasterplatinen
• Bidirektionale Logikpegelwandler für XSHUT / GPIO1 in 5-V-Systemen

• Abmessungen: 0,5" × 0,7" × 0,085" (13 mm × 18 mm × 2 mm)
• Gewicht ohne Stiftleisten: 0,5 g (0,02 oz)
• Versorgungsspannung über VIN: 2,8 V bis 5,5 V
• Betriebsspannungsbereich: 2,6 V bis 5,5 V
• Direktversorgung über VDD bei abgetrenntem VIN: 2,6 V bis 3,5 V
• Ausgangsspannung VDD: geregelt auf 2,8 V
• Verfügbarer Strom an VDD für externe Geräte: rund 100 mA
• Typische Stromaufnahme im aktiven Messbetrieb: 25 mA
• Spitzenstrom: bis 40 mA, abhängig von Konfiguration, Ziel und Umgebung
• Stromaufnahme im ULP-Modus: in manchen Fällen unter 100 µA
• Maximale Abtastrate: 100 Hz
• Maximale Reichweite: 1,2 m (4 ft) beziehungsweise 120 cm
• Minimale Reichweite: 1 mm
• Objekte bis 0 mm werden erkannt, Messwerte können dabei ungenau sein
• Auflösung: 1 mm
• Emitter: 940 nm unsichtbarer Class 1 VCSEL, augensicher
• Detektor: SPAD-Empfängerarray
• Typisches Sichtfeld: 18°
• Ausgabeformat über I²C: 16-Bit-Distanzwert in Millimetern
• SDA: pegelgewandelte I²C-Datenleitung, HIGH = VIN, LOW = 0 V
• SCL: pegelgewandelte I²C-Taktleitung, HIGH = VIN, LOW = 0 V
• XSHUT: aktiv-niedriger Shutdown-Eingang, auf VDD hochgezogen, nicht pegelgewandelt, nicht 5-V-tolerant
• GPIO1: programmierbarer Interrupt-Ausgang mit VDD-Logikpegel, nicht pegelgewandelt
• Erforderliche Mindestanschlüsse für den Betrieb: VIN, GND, SCL, SDA
• I²C-Standardadresse beim Einschalten: 0101001b
• I²C-Kompatibilität: Fast-mode Plus bis 1 MHz
• Montagebohrungen: geeignet für Schrauben Nr. 2 und M2

• Vor dem Betrieb kann eine Schutzfolie auf dem Sensor-IC vorhanden sein; diese muss für eine korrekte Sensorfunktion entfernt werden
• Das Datenblatt des VL53L4CD wird vor der Nutzung empfohlen
• Ein Schaltplan der Trägerplatine ist als PDF verfügbar
• Eine Maßzeichnung der Platine ist verfügbar
• Ein 3D-CAD-Modell im STEP-Format ist verfügbar
• Eine DXF-Bohrdatei ist verfügbar
• ST stellt ein ULD-API zur Sensoransteuerung bereit
• ST stellt zusätzlich ein ULP-API für stromsparende Näherungserkennung bereit
• Für mehrere Sensoren an einem I²C-Bus kann die Adressvergabe durch einzeln gesteuertes Verlassen des Reset-Zustands angepasst werden
• Die beschriebene Vorgehensweise aus der ST-Anwendungsnotiz für VL53L0X-Sensoren lässt sich auf den VL53L4CD übertragen

• 1 x Pololu VL53L4CD Time-of-Flight Distance Sensor Carrier with Voltage Regulator, 120cm Max
• Bestückte Trägerplatine mit VL53L4CD-Sensor und SMD-Komponenten
• Hinweis: Stiftleisten und Schrauben sind nicht enthalten

• Datenblatt VL53L4CD
• Schaltplan der Trägerplatine
• Maßzeichnung der Platine
• 3D-Modell im STEP-Format
• DXF-Bohrdatei
• I²C-Bus-Spezifikation
• Herstellerseite ST zum VL53L4CD
• Arduino-Bibliothek von Pololu
• STM32duino VL53L4CD Bibliothek
• ST ULD API STSW-IMG026
• ST ULP API STSW-IMG034

Stichwörter

tof, sensor, distanzsensor, abstandssensor, lidar