概述

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在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中，精確的距離測量和實時響應能力對于許多應用場景至關重要。VL53L4CD 是一款先進的飛行時間（Time-of-Flight, ToF）傳感器，能夠提供高精度的距離測量。本文介紹了如何基于VL53L4CD傳感器實現(xiàn)連續(xù)測距，并通過配置檢測閾值來優(yōu)化系統(tǒng)的響應能力。

我們將詳細講解如何初始化VL53L4CD傳感器，設置其測量參數(shù)和檢測閾值，并實現(xiàn)中斷配置以響應特定的測量條件。通過這種方式，系統(tǒng)能夠在距離測量達到預設的閾值范圍內(nèi)觸發(fā)中斷，從而實現(xiàn)實時響應和高效數(shù)據(jù)處理。

視頻教學

https://www.bilibili.com/video/BV19n4y1X7ba/

樣品申請

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

完整代碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89445253

實現(xiàn)demo

1. 傳感器初始化：介紹如何正確初始化 VL53L4CD 傳感器，包括系統(tǒng)時鐘配置和外設初始化。
2. 傳感器配置：講解如何配置傳感器的測量參數(shù)，包括測距模式、時間預算和環(huán)境光測量設置。
3. 單次測量實現(xiàn)：演示如何啟動傳感器進行單次測量，獲取測量結(jié)果，并在每次測量后停止傳感器以準備下一次測量。
4. 應用示例：提供一個實際的應用示例代碼，展示如何在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)單次測量模式，并處理測量結(jié)果以適應具體應用需求。

硬件準備

首先需要準備一個開發(fā)板，這里我準備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進行申請。

技術規(guī)格

系統(tǒng)框圖

應用示意圖

生成STM32CUBEMX

選擇MCU

測試版所用的MCU為STM32G431CB。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設置為開發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個應用中，VL53L4CD模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL53L4CD模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

XSHUT

XSHUT引腳是由主機連接和控制的，這種設計優(yōu)化了功耗，因為設備在不使用時可以被完全關閉，然后通過主機使用XSHUT引腳來喚醒。當AVDD存在且XSHUT為低電平時，設備處于硬件待機模式（HW Standby mode）。如果XSHUT引腳不由主機控制，而是通過上拉電阻連接到AVDD，那么設備在固件啟動（FW BOOT）后會自動進入軟件待機（SW STANDBY），而不會進入硬件待機。

GPIO1

當傳感器完成一次測距操作時，GPIO1引腳可以被配置為輸出中斷信號，通知微控制器讀取測量結(jié)果。
這種方式比持續(xù)輪詢傳感器狀態(tài)更加高效，尤其在低功耗應用中非常有用。

X-CUBE-TOF1

本節(jié)介紹在不需要使用樣例應用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設置，就只配置了驅(qū)動層。

app_tof.c

app_tof.c定義了一個靜態(tài)函數(shù) MX_VL53L4CD_SimpleRanging_Process，用于配置和執(zhí)行VL53L4CX傳感器的簡單測距操作。

詳細解釋

1. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);:
   ○ 讀取傳感器的ID，并將其存儲在變量 Id 中。
2. CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);:
   ○ 獲取傳感器的能力，并將其存儲在 Cap 結(jié)構(gòu)中。
3. 配置 Profile 結(jié)構(gòu)的參數(shù)：
   ○ Profile.RangingProfile 設置測距模式。
   ○ Profile.TimingBudget 設置測量時間預算。
   ○ Profile.Frequency 設置為0，不用于正常測距。
   ○ Profile.EnableAmbient 啟用環(huán)境光測量。
   ○ Profile.EnableSignal 啟用信號測量。
4. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);:
   ○ 如果配置文件與默認配置不同，則應用新的配置文件。
5. CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);:
   ○ 啟動傳感器，設置為阻塞連續(xù)測量模式。
6. while (1) 循環(huán)：
   ○ 在無限循環(huán)中，定期讀取傳感器的距離數(shù)據(jù)。
   ○ 如果成功讀取距離數(shù)據(jù)，則調(diào)用 print_result(&Result) 打印結(jié)果。
   ○ 使用 HAL_Delay(POLLING_PERIOD) 延遲一段時間，以控制輪詢頻率。

main.c種添加頭文件。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "app_tof.h"
#include "custom_ranging_sensor.h"

/* USER CODE END Includes */

添加對應變量。

/* USER CODE BEGIN 0 */
#define TIMING_BUDGET (200U) /* 8 ms < TimingBudget < 200 ms */
#define POLLING_PERIOD (250U) /* refresh rate for polling mode (ms, shall be consistent with TimingBudget value) */


static RANGING_SENSOR_Capabilities_t Cap;
static RANGING_SENSOR_ProfileConfig_t Profile;
static RANGING_SENSOR_Result_t Result;
static int32_t status = 0;

static void print_result(RANGING_SENSOR_Result_t *Result);
static int32_t decimal_part(float_t x);
/* USER CODE END 0 */

修改 Profile.RangingProfile 為自主測量模式，同事開啟單次測量。

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  uint32_t Id;

  CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);// 讀取傳感器ID并存儲在Id變量中
  CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);// 獲取傳感器的能力并存儲在Cap變量中

  Profile.RangingProfile = VL53L4CD_PROFILE_AUTONOMOUS;// 設置測距配置文件為自主測量模式
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;// 設置測距的時間預算（以毫秒為單位）
  Profile.Frequency = 0; // 設置測量頻率為0，這意味著使用測量之間的間隔時間，而不是連續(xù)測量
  Profile.EnableAmbient = 1; // 啟用環(huán)境光測量
  Profile.EnableSignal = 1; // 啟用信號測量

	// 如果配置文件與默認配置文件不同，則應用新的配置文件
  CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);
	// 啟動傳感器進行單次測量
  status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_ONESHOT);
	
  /* USER CODE END 2 */

主程序

輪詢方式檢測 GPIO 引腳狀態(tài)，并在滿足條件時獲取 VL53L4CD 傳感器的測距結(jié)果并進行處理。
檢查 GPIO 引腳狀態(tài)，當 GPIO 引腳狀態(tài)為低電平（表示測量完成且數(shù)據(jù)已準備好）時，進行以下操作：
● 調(diào)用 CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4CD, &Result); 獲取測距結(jié)果。
● 如果測量成功，調(diào)用 print_result(&Result); 打印測距結(jié)果。
● 停止當前測量以準備下一次測量。
● 再次啟動單次測量。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	if(HAL_GPIO_ReadPin  ( GPIOB, GPIO_PIN_15) ==0)		
	{		
    /* polling mode */
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4CD, &Result);

    if (status == BSP_ERROR_NONE)
    {
      print_result(&Result);
    }
		// 停止測量
		CUSTOM_RANGING_SENSOR_Stop(CUSTOM_VL53L4CD);
		HAL_Delay(1000);
		// 再次啟動傳感器進行單次測量
		status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_ONESHOT);
	}
    /* USER CODE END WHILE */

//  MX_TOF_Process();
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示結(jié)果

配置成功，數(shù)據(jù)可以正常打印。

若對部分代碼進行注釋，可以查看到測距只執(zhí)行一次，可以判斷當前已經(jīng)進入單次模式。