LiDAR Abstandssensor ToF VL6180X
Autoren: Marc Ebmeyer, Prof. Dr.-Ing. Schneider
Einleitung
Der VL6180X ist ein integrierter LiDAR-Abstandssensor der Firma STMicroelectronics, der auf dem Time-of-Flight-(ToF-)Messprinzip basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Abstandssensoren misst der VL6180X die tatsächliche Laufzeit eines ausgesendeten Infrarot-Lichtimpulses und ermöglicht dadurch präzise und zuverlässige Distanzmessungen unabhängig von der Reflektivität des Zielobjekts.
Der Sensor verfügt über eine integrierte Infrarot-Laserdiode (Emitter) mit einer Wellenlänge von 850 nm sowie einen Single-Photon-Avalanche-Diode-(SPAD-)Empfänger. Die Entfernung wird aus der gemessenen Laufzeit des reflektierten Lichtsignals berechnet. Der typische Messbereich des VL6180X liegt bei 0 mm bis ca. 100 mm, wodurch er besonders für Kurzstrecken-Anwendungen geeignet ist.
Neben der Abstandsmessung integriert der VL6180X zusätzlich einen Umgebungslichtsensor (ALS), der Beleuchtungsstärken in Lux erfassen kann. Beide Messfunktionen sind über eine I²C-Schnittstelle ansteuerbar, was eine einfache Integration in Mikrocontroller- und Embedded-Systeme ermöglicht. Der Sensor arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 2,6 V bis 5,5 V und zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch aus.
Typische Einsatzgebiete des VL6180X sind Objekterkennung, Hindernisvermeidung, Gestensteuerung, Abstandsmessung in der Robotik sowie Industrie- und Konsumerelektronik. Dank seiner kompakten Bauform, der hohen Messgenauigkeit im Nahbereich und der Unabhängigkeit von Umgebungslicht stellt der VL6180X eine robuste Lösung für präzise Kurzdistanz-Messaufgaben dar.
Technische Übersicht
| Eigenschaft | Daten |
|---|---|
| Spannungsversorgung |
VCC 3-5 V |
| Wellenlänge |
850 nm |
| Kommunikationsschnittstelle I²C |
400 kHz |
| Adresse |
0x29 |
| Messbereich |
2-100 mm |
Pinbelegung
| Pin | Bezeichnung | Belegung | Signal | Arduino Uno R3 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VIN | Betriebsspannung Vcc | 3 V-5 V | VCC 5 V |
| 2 | 2v8 | Ausgangsspannung bis 100mA | 2,8 V | |
| 3 | GND | Masse GND | 0 V | |
| 4 | GPIO | Datenbereitschaftspin GPIO | 2,8 V | |
| 5 | SHDN | Ausschaltpin SHDN | Aus=0V | |
| 6 | SCL | I²C Takt | ||
| 7 | SDA | I²C Daten |
Prinziperklärung
Der verbaute Sensor VL6180X misst optisch die Entfernung mithilfe eines VCSEL-Infrarot-Strahler ( Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) und eines Näherungssensors und eines Umgebungslichtsensors. Es basiert auf die von ST patentierte FlightSense Technologie sie misst die Entfernung. Sie ermöglicht eine absolute Entfernungsmessung unabhängig von der Reflexion des Ziel Reflexionsgrades. Anstatt durch Messung der Lichtmenge die Entfernung zu schätzen, die vom Objekt zurückgeworfen wird (was erheblich von Farbe und Oberfläche beeinflusst wird), misst der VL6180X durch die Kombination eines IR-Senders, eines Entfernungssensors und eines Umgebungslichtsensor die Zeit, die das Licht benötigt, um zum nächstgelegenen Objekt und zurück zum Sensor benötigt (Time-of-Flight).
Das Modul ist für den Betrieb mit geringem Stromverbrauch ausgelegt. Annäherungs- und Umgebungslicht- Messungen können automatisch in benutzerdefinierten Intervallen durchgeführt werden. Mehrere Schwellenwerte und Interrupt-Schemata werden unterstützt, um die Host-Operationen zu minimieren. Die Steuerung durch den Host und das Auslesen der Ergebnisse erfolgt über eine I2C-Schnittstelle. Optionale Zusatzfunktionen, wie Messbereitschaft und Schwellenwert Interrupts, werden über zwei programmierbare GPIO-Pins bereitgestellt.
Hardwareaufbau
Software
Matlab/Simulink
Messungen
Datenblätter
- Datenblatt VL6180X Modul cdn.shopify.com 02.04.2025
- Datenblatt VL6180X ST Microelektronics 02.04.2025
Literatur
Weiterführende Artikel
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