VL6180X — как измерить расстояние до 60 см?

Что это за прибор

Главное отличие от привычных оптических датчиков в том, что результат не зависит от цвета и яркости цели в пределах заявленного диапазона. Фотодиодный датчик возвращает яркость отражённого света, и тёмная поверхность или поверхность под углом дают заниженное значение; метод полёта света измеряет именно задержку, поэтому миллиметровая точность сохраняется и на тёмной, и на блестящей цели.

Второе, что снимает прибор с пользователя, — вычислитель: наружу выдаётся готовое расстояние, а не сырой сигнал приёмника. Схема на микроконтроллере сводится к чтению регистра, и вся обработка — фильтрация, коррекция и калибровка — уже выполнена внутри.

Датчик освещённости в том же корпусе мерцает тем же излучателем, и его отсчёт не нужно оплачивать отдельным прибором. Формат 16-битный, разрешение по освещённости — доли люкса при максимальном усилении и интегрировании 100 мс.

Корпус LGA на 12 выводов с шагом 0,5 мм — прибор для пайки оплавлением, и на переносной плате он уже смонтирован. Самостоятельная разводка под такой корпус требует аккуратности: под выводами расположены выводы питания и земли, и разъединение земли по площади прибора даёт лишние помехи в измерении.

Дальность и её расширение

Заявленная гарантированная дальность — 10 см, типичная работа — около 20 см. Дальше прибор работает, но с оговорками: расстояние увеличивают коэффициентом масштабирования диапазона, и при этом падает разрешение, потому что прибор переходит на другой отсчёт времени. Это не «то же самое, но дальше», а другая конфигурация измерения, и её считают отдельно.

Минимальная дистанция — около 10 мм. Ближе прибор работает плохо: слишком мала задержка, и результат становится нестабильным. Для задач, где объект может подойти вплотную, это ограничение важнее максимальной дальности, и его проверяют первым.

Угол обзора 25° задаёт поле, в котором цель должна оставаться: на расстоянии 20 см это примерно 9 см в поперечном направлении. Если объект смещается за эту границу, прибор может видеть фон и давать другую дистанцию. Стекло или защитное окно перед прибором сужает поле дополнительно, и для него в документации производителя есть отдельный расчёт зоны исключения.

Питание и подключение

Питание прибора 2,6–3,0 В при типичном 2,8 В, и это первое, что проверяют при заказе: переносная плата с питанием 5 В или 3,3 В требует преобразователя, и напрямую такой прибор запитать нельзя. Уровни ввода-вывода допускают 1,7–3,0 В, то есть к логике 1,8 В прибор подходит без согласователя, а к 3,3 В — с ним.

Ток около 25 мА при измерении и до 40 мА в пике ставит прибор в один класс с датчиками и модулями беспроводной связи, и в батарейном устройстве это самая заметная нагрузка. Режим ожидания с током около 0,5 мкА при этом очень экономичен, поэтому прибор и включают только на время измерения.

Адрес I2C по умолчанию 0x29, и он программируется, так что несколько приборов на одной шине размещаются без конфликтов. Практическое замечание: на многих переносных платах стоит преобразователь питания, и его собственные помехи попадают в измерение близкой цели — поэтому у таких плат качество измерения вблизи минимальной дистанции заметно хуже, чем у прибора на «чистой» плате.

Отдельно про длину волны: паспорт указывает 850 нм, и в части описаний переносных плат встречается 940 нм — это ошибка в тексте, а не другая модификация прибора.

Что проверять при заказе

1. 01 Питание 2,6–3,0 В — при питании платы от 5 или 3,3 В нужен преобразователь.
2. 02 Гарантированная дальность 10 см и типичная около 20 см — при расширении до 60 см падает разрешение.
3. 03 Минимальная дистанция около 10 мм — для задач с близкими объектами это ограничивающий параметр.
4. 04 Уровни ввода-вывода 1,7–3,0 В и совместимость с логикой микроконтроллера.
5. 05 Корпус LGA-12: под выводами проходят питание и земля, разводка земли влияет на результат.
6. 06 Адрес I2C 0x29 и его программирование при нескольких приборах на шине.

Частые вопросы

• Какая дальность — гарантировано 10 см, типично около 20 см, до 60 см с потерей разрешения.
• Можно ли запитать от 5 В — нет, прибор питается от 2,6–3,0 В.
• Какое разрешение — 1 мм, не зависит от цвета и яркости цели.
• Зависит ли результат от отражающей способности — нет, это метод полёта света, а не фотодиодный.
• Что означает 8-битный результат — расстояние возвращается числом в миллиметрах от 0 до 255.
• Есть ли внутри датчик освещённости — да, встроенный, 16-битный, до 100 килолюкс.