概述

VL53L1CB傳感器是一款高性能的飛行時(shí)間（Time-of-Flight）傳感器，廣泛應(yīng)用于各種距離測(cè)量和目標(biāo)檢測(cè)場(chǎng)景。其靈活的配置選項(xiàng)使得用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用需求調(diào)整測(cè)距范圍和測(cè)量頻率，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能。本篇文章將介紹如何通過(guò)修改VL53L1CB傳感器的測(cè)距范圍和測(cè)量頻率來(lái)滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

最近在弄ST Demo，需要樣片的可以加群申請(qǐng)：615061293 。

視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1WWBRY8EWS]

樣品申請(qǐng)

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

完整代碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/90228600

測(cè)距范圍

VL53L4CX傳感器支持多種測(cè)距模式，包括短距離、中距離和長(zhǎng)距離模式。每種模式針對(duì)不同的測(cè)量距離進(jìn)行了優(yōu)化，用戶可以根據(jù)目標(biāo)物體與傳感器之間的距離選擇合適的測(cè)距模式：

● 短距離模式：適用于目標(biāo)物體距離較近的應(yīng)用，提供較高的測(cè)量精度和響應(yīng)速度。

● 中距離模式：在一定距離范圍內(nèi)平衡了測(cè)量精度和響應(yīng)速度，適用于多數(shù)通用測(cè)量應(yīng)用。

● 長(zhǎng)距離模式：適用于目標(biāo)物體距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用，能夠覆蓋更大的測(cè)量范圍，但響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

測(cè)量頻率

測(cè)量頻率決定了傳感器進(jìn)行測(cè)距操作的頻次。通過(guò)調(diào)整測(cè)量頻率，用戶可以在響應(yīng)速度和功耗之間找到平衡點(diǎn)：

● 高頻測(cè)量：適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景，如手勢(shì)識(shí)別和快速移動(dòng)物體檢測(cè)。然而，高頻測(cè)量會(huì)增加功耗。

● 低頻測(cè)量：適用于功耗敏感的應(yīng)用，如電池供電設(shè)備或?qū)憫?yīng)速度要求較低的場(chǎng)景。低頻測(cè)量可以顯著降低功耗。

本文將詳細(xì)介紹如何配置VL53L4CX傳感器的測(cè)距范圍和測(cè)量頻率，包括具體的配置方法、相關(guān)代碼示例以及在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。通過(guò)合理調(diào)整這些參數(shù)，用戶可以充分發(fā)揮VL53L4CX傳感器的性能優(yōu)勢(shì)，滿足各種復(fù)雜多樣的應(yīng)用需求。

硬件準(zhǔn)備

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

主控為STM32H503CBT6，TOF為VL53L4CX

技術(shù)規(guī)格

系統(tǒng)框圖

參考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/VL53L1CB

https://gitee.com/CoreMaker/VL53L1CB

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。 配置時(shí)鐘樹，配置時(shí)鐘為250M。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口，速率為115200。

IIC配置

在這個(gè)應(yīng)用中，VL53L1CB模塊通過(guò)I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來(lái)說(shuō)，VL53L1CB模塊的I2C引腳連接到主控器的PB6和PB7兩個(gè)IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

XSHUT

XSHUT引腳是由主機(jī)連接和控制的，這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了功耗，因?yàn)樵O(shè)備在不使用時(shí)可以被完全關(guān)閉，然后通過(guò)主機(jī)使用XSHUT引腳來(lái)喚醒。當(dāng)AVDD存在且XSHUT為低電平時(shí)，設(shè)備處于硬件待機(jī)模式（HW Standby mode）。如果XSHUT引腳不由主機(jī)控制，而是通過(guò)上拉電阻連接到AVDD，那么設(shè)備在固件啟動(dòng)（FW BOOT）后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入軟件待機(jī)（SW STANDBY），而不會(huì)進(jìn)入硬件待機(jī)。

GPIO1

當(dāng)傳感器完成一次測(cè)距操作時(shí)，GPIO1引腳可以被配置為輸出中斷信號(hào)，通知微控制器讀取測(cè)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(yīng)用中非常有用。

X-CUBE-TOF1

本節(jié)介紹在不需要使用樣例應(yīng)用時(shí)如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項(xiàng)目中。有了這樣的設(shè)置，就只配置了驅(qū)動(dòng)層。

app_tof.c

app_tof.c定義了一個(gè)靜態(tài)函數(shù) MX_VL53L1CB_SimpleRanging_Process，用于配置和執(zhí)行VL53L1CB傳感器的簡(jiǎn)單測(cè)距操作。

詳細(xì)解釋

1. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L1CB, &Id);:
   1. ○ 讀取傳感器的ID，并將其存儲(chǔ)在變量 Id 中。
2. CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L1CB, &Cap);:
   1. ○ 獲取傳感器的能力，并將其存儲(chǔ)在 Cap 結(jié)構(gòu)中。
3. 配置 Profile 結(jié)構(gòu)的參數(shù)：
   1. ○ Profile.RangingProfile 設(shè)置為中距離多目標(biāo)測(cè)距模式。 ○ Profile.TimingBudget 設(shè)置測(cè)量時(shí)間預(yù)算。
   2. ○ Profile.Frequency 設(shè)置為0，不用于正常測(cè)距。 ○ Profile.EnableAmbient 啟用環(huán)境光測(cè)量。
   3. ○ Profile.EnableSignal 啟用信號(hào)測(cè)量。
4. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L1CB, &Profile);:
   1. ○ 如果配置文件與默認(rèn)配置不同，則應(yīng)用新的配置文件。
5. CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L1CB, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);: ○ 啟動(dòng)傳感器，設(shè)置為阻塞連續(xù)測(cè)量模式。
6. while (1) 循環(huán)：
   1. ○ 在無(wú)限循環(huán)中，定期讀取傳感器的距離數(shù)據(jù)。
   2. ○ 如果成功讀取距離數(shù)據(jù)，則調(diào)用 print_result(&Result) 打印結(jié)果。
   3. ○ 使用 HAL_Delay(POLLING_PERIOD) 延遲一段時(shí)間，以控制輪詢頻率。

在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(duì)應(yīng)變量。

/* USER CODE BEGIN 0 */
#define TIMING_BUDGET (200U) /* 16 ms < TimingBudget < 500 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 */

測(cè)量頻率修改

增加計(jì)時(shí)預(yù)算會(huì)增加單次測(cè)量發(fā)射的光子數(shù)量。這提高了測(cè)量精度和最大測(cè)距距離。

Profile.TimingBudget 設(shè)置測(cè)量時(shí)間預(yù)算，初始化代碼如下所示，TIMING_BUDGET設(shè)置為200ms。

/* USER CODE BEGIN 2 */
    uint32_t Id;

    // 讀取傳感器ID
    CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L1CB, &Id);
    // 獲取傳感器的能力
    CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L1CB, &Cap);

    // 配置測(cè)距參數(shù)
    Profile.RangingProfile = RS_MULTI_TARGET_MEDIUM_RANGE; // 設(shè)置測(cè)距模式為中距離
    Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; // 設(shè)置時(shí)間預(yù)算（測(cè)量時(shí)間）
    Profile.Frequency = 0; // 設(shè)置測(cè)量頻率，這里不用于正常測(cè)距（設(shè)為0）
    Profile.EnableAmbient = 1; // 啟用環(huán)境光測(cè)量（1：?jiǎn)⒂茫?：禁用）
    Profile.EnableSignal = 1; // 啟用信號(hào)測(cè)量（1：?jiǎn)⒂茫?：禁用）

    // 如果配置文件與默認(rèn)配置不同，則設(shè)置新的配置文件
    CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L1CB, &Profile);

    // 啟動(dòng)傳感器，設(shè)置為短距離測(cè)量模式
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L1CB, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);
  /* USER CODE END 2 */

主程序如下所示，可以通過(guò)判斷GPIO1來(lái)判定信號(hào)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin  ( GPIOB, GPIO_PIN_8) ==0)        
    {        
    /* polling mode */
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L1CB, &Result);

    if (status == BSP_ERROR_NONE)
    {
      print_result(&Result);
    }
    }
    /* USER CODE END WHILE */

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

若無(wú)法正常打印，需要修改堆棧。

此時(shí)時(shí)間為200ms輸出一次，頻率為5Hz。

修改TIMING_BUDGET為20，此時(shí)為20ms刷新一次，頻率為50Hz，此時(shí)數(shù)據(jù)抖動(dòng)較大。

修改測(cè)距范圍

VL53L1CB最大可以測(cè)量4M+距離，可以通過(guò) Profile.RangingProfile 設(shè)置為測(cè)距模式。

1. RS_MULTI_TARGET_SHORT_RANGE (VL53L1CB_PROFILE_SHORT):
   1. ○ 短距離多目標(biāo)模式：
      1. ■ 此模式下，傳感器優(yōu)化用于較近距離的測(cè)量。
      2. ■ 適用于需要高精度但測(cè)量距離較短的應(yīng)用。
      3. ■ 在短距離測(cè)量時(shí)，傳感器可以提供更快的響應(yīng)時(shí)間和更高的測(cè)量頻率。
2. RS_MULTI_TARGET_MEDIUM_RANGE (VL53L1CB_PROFILE_MEDIUM):
   1. ○ 中距離多目標(biāo)模式：
      1. ■ 此模式下，傳感器在中等距離范圍內(nèi)工作。
      2. ■ 適用于需要在中等距離內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的應(yīng)用。
      3. ■ 提供了距離和精度之間的平衡。
3. RS_MULTI_TARGET_LONG_RANGE (VL53L1CB_PROFILE_LONG):
   1. ○ 長(zhǎng)距離多目標(biāo)模式：
      1. ■ 此模式下，傳感器優(yōu)化用于較遠(yuǎn)距離的測(cè)量。
      2. ■ 適用于需要測(cè)量更遠(yuǎn)距離的應(yīng)用。
      3. ■ 在長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)，但可以覆蓋更大的測(cè)量范圍。

此時(shí) Profile.RangingProfile = VL53L1CB_PROFILE_MEDIUM; // 設(shè)置測(cè)距模式為中距離

若測(cè)量長(zhǎng)距離，可能出現(xiàn)如下測(cè)量失敗情況，TIMING_BUDGET修改為200。

Status狀態(tài)位如下所示。

在使用VL53L1CB傳感器時(shí)，返回的狀態(tài)碼（status）為4通常表示特定的錯(cuò)誤類型。根據(jù)VL53L1CB傳感器的文檔，狀態(tài)碼4對(duì)應(yīng)的具體錯(cuò)誤類型是 VL53L1CB_RANGESTATUS_OUTOFBOUNDS_FAIL。

VL53L1CB_RANGESTATUS_OUTOFBOUNDS_FAIL：

● 狀態(tài)碼4：此狀態(tài)碼表示測(cè)距過(guò)程中發(fā)生了超出邊界失?。╫ut of bounds fail）的錯(cuò)誤。

● 含義：傳感器在測(cè)量過(guò)程中檢測(cè)到目標(biāo)物體距離超出了其測(cè)量范圍，或者接收到的信號(hào)不在預(yù)期的范圍內(nèi)。

修改測(cè)量范圍為長(zhǎng)范圍。

Profile.RangingProfile = RS_MULTI_TARGET_LONG_RANGE;

此時(shí)測(cè)距可以測(cè)量長(zhǎng)距離范圍。

審核編輯 黃宇