VL6180X - nowy dalmierz optyczny TOF

[marek1707]

ST zaczęło wreszcie oficjalnie sprzedawać swój nowy czujnik odległości. Zapowiadany od dłuższego czasu układzik, w odróżnieniu od dotychczas produkowanych dalmierzy bazujących np. na triangulacji (popularne SHARPy), ten jest oparty na pomiarze.. czasu przelotu (TOF - Time of Flight) światła. Zupełnie jak w radarze czujnik wysyła krótki impuls i mierzy kiedy powróci on do odbiornika. Metoda wydaje się prosta i aż dziw, że tak mało jest podobnych konstrukcji. Jeśli jednak przyjrzeć się bliżej to bardzo szybko okazuje się, że zadanie jest bardzo trudne. Światło leci przecież bardzo szybko i przy odległości od przeszkody rzędu 10cm musimy mierzyć czasy na poziomie 660ps. Tak, pikosekund 🙂 Wygenerowanie impulsu światła który byłby tak krótki też jest nie lada wyzwaniem.

Dotychczasowe konstrukcje były dużymi urządzeniami pobierającymi całe Waty energii i miały wielkość małej cegły. Być może niektórzy wiedzieli w działaniu tzw Time-of-Flight Camera - urządzenie pokazujące dwuwymiarowy obraz odległości. Czujnik firmy ST jest prostszy, ale też dużo mniejszy. Ma wymiary 2.80x4.80mm, pobiera 1.7mA z 2.8V i oprócz pomiaru odległości może też niezależnie pełnić rolę czujnika natężenia oświetlenia otoczenia (ambient light). Poprzez 400kHz szynę I²C mamy dostęp do całego mnóstwa rejestrów wewnętrznych - na pewno zaraz pojawią się biblioteki do obsługi tego cudaka, bo ogarnięcie setek bitów konfiguracji łatwe nie będzie.

Wadą czujnika jest niewielki zasięg (max 10cm) no i w sumie marne dokładności, choć istnieje możliwość programowej kalibracji. Czas pomiaru mieści się w granicach 7.7-20ms i pogarsza się w raz ze spadkiem "odbijalności" przeszkody - im ciemniejsza lub jaśniejsze światło otoczenia - tym gorzej. Dla chętnych link do dokumentacji:

http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/DM00112632.pdf

Układ jest przeznaczony raczej do rozpoznawania gestów w smartfonach i tabletach, ale z uwagi na swoje wymiary, może znajdzie zastosowanie także i u nas. Myszy? Sumo? Jeżeli dobrze rozumiem ideę działania, to impuls wysyłany przez ten dalmierz jest praktycznie niewykrywalny metodami dostępnymi amatorom. Warto by to potwierdzić w praktyce.

Kamami sprzedaje jakieś kity procesorowe z płytką z tym czujnikiem, ale to cała maszyneria. Może wkrótce będą dostępne także same czujniki.

[MirekCz]

Ja już mam te czujniki na testach i gotowy moduł. Jak dobrze pójdzie za kilka dni będzie u mnie wszystko dostępne...

[marek1707]

Super! No, ale nie bądź taki tajemniczy i napisz coś więcej 🙂 Czy próbowałeś odbierać to co w podczerwieni nadaje ten czujnik? Jak to jest z tym zasięgiem vs oświetlenie. Jak z zakłóceniami od pilotów, od świetlówek? Czy pomiary są stabilne w jasno oświetlonym pokoju itd..?

[MirekCz]

W tej chwili jestem po pierwszych testach.

Wygląda na to, że polutowanie tego układu nie jest takie proste. Hotair niestety może dosyć łatwo uszkodzić obudowę (i tak pierwszy czujnik uszkodziłem... jak człowiek się spieszy...)

Co do samego działania to wygląda nieźle. Testowałem w ciemnym pokoju, ze świetlówkami (takie typowe biurowe) i ze zwykłą żarówką (w obu wypadkach ok. 1k lux). Wszystkie testowane materiały przeszły test śpiewająco i bez problemu łapał dystans do ok. 15cm. Niestety podczas nagrzewania czujnik traci kalibrację i dostaje pewien błąd, ale jest to tylko przesunięcie dystansu i tak mój pokazywał zawsze o ok. 1cm większą odległość niż w rzeczywistości - ale trzymał ten błąd.

Próbowałem pomierzyć czas pomiarów, ale wyszły mi jakieś głupoty niezgodne ze specyfikacją (czasy 50-100ms zamiast ok. 10ms) - muszę to jeszcze dokładnie sprawdzić.

Tak jak pokazuje wykres małych odległości (tak do 10mm) przy dobrze odbijającym IR przedmiocie czujnik już nie mierzy (zawsze pokazuje ~10mm).

Ogólnie wygląda zachęcająco do wielu zastosowań (micromouse, sumo od mini w dół czy line follower z przeszkodami).

Postaram się mieć za kilka-kilkanaście dni czujniki w sprzedaży - zarówno same kostki jak i gotowe moduły. Jak macie propozycje co by was interesowało w module to dajcie znać na PW.

W tym tygodniu postaram się jeszcze sprawdzić jak czujniki reagują na siebie nawzajem (jak są naprzeciwko siebie) i na inne mocne oświetlenie IR. To mogłoby utrudnić ich użycie we wszelkiej maści sumo robotach.

PS. Ktoś wie gdzie można kupić jakiś konkretny materiał o niskiej odbijalności (tak jak oni testują ok. 3%)? Jakiś sklep fotograficzny czy może z materiałami dla artystów?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[MirekCz]

Miałem godzinę i usiadłem do czujnika... jestem coraz bardziej z niego zadowolony.

Testy prędkości wykazują, że czas pomiaru dla dobrze odbijających światło materiałów wynosi w granicach 5-10ms. Czas ten znacznie pogarsza się dla czarnych materiałów.. w sumie dokładnie jak opisuje datasheet.

Czujnik można ustawić na jakiś maksymalny czas (np.10ms) i wtedy mamy pomiar w 10ms lub szybciej (jak obiekt blisko)

Pomiar z odległości 5cm białej kartki jest wykonywany w ok. 6ms z dokładnością rzędu +/-3mm. Specjaliści od MM chyba bardzo polubią ten czujnik.

Dodatkowa zaleta to wymiary. Moja płytka ma 12x8mm i można ją wlutować pionowo bezpośrednio w inną płytkę. Jedyna wada to ew. wymaga konwertera 2.8V -> 3.3/5.0V dla I2C. Na mojej płytce go nie ma (czy tak każdy będzie stosował kilka czujników, więc chyba nie ma sensu ładować wszystko na płytkę?)

Wstępnie też znam ceny jakie będę miał w sklepie. Sam układ ok. 25zł, moduł na płytce ok. 39zł. Dostępność za ok. tydzień.

[Treker (Damian Szymański)]

MirekCz, możesz pokazać podgląd PCB/zdjęcie jak całość wygląda 🙂?

[MirekCz]

Możemy się jakoś umówić w czw/pt. w Gdańsku to dostaniesz do testów 😉

[Treker (Damian Szymański)]

MirekCz, jak wyniki testów mogę opublikować w 2023 to chętnie 🙂 Aktualnie mam tyle rzeczy do opisania, że screen PCB również mnie zadowoli!