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在现代嵌入式系统中,精确的距离测量和实时响应能力对于许多应用场景至关重要。VL53L4CD 是一款先进的飞行时间(Time-of-Flight, ToF)传感器,能够提供高精度的距离测量。本文介绍了如何基于VL53L4CD传感器实现连续测距,并通过配置检测阈值来优化系统的响应能力。
我们将详细讲解如何初始化VL53L4CD传感器,设置其测量参数和检测阈值,并实现中断配置以响应特定的测量条件。通过这种方式,系统能够在距离测量达到预设的阈值范围内触发中断,从而实现实时响应和高效数据处理。
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首先需要准备一个开发板,这里我准备的是自己绘制的开发板,需要的可以进行申请。
测试版所用的MCU为STM32G431CB。
查看原理图,PA9和PA10设置为开发板的串口。
配置串口。
在这个应用中,VL53L4CD模块通过I2C(IIC)接口与主控器通信。具体来说,VL53L4CD模块的I2C引脚连接到主控器的PA8和PB5两个IO口。
配置IIC为快速模式,速度为400k。
XSHUT引脚是由主机连接和控制的,这种设计优化了功耗,因为设备在不使用时可以被完全关闭,然后通过主机使用XSHUT引脚来唤醒。当AVDD存在且XSHUT为低电平时,设备处于硬件待机模式(HW Standby mode)。如果XSHUT引脚不由主机控制,而是通过上拉电阻连接到AVDD,那么设备在固件启动(FW BOOT)后会自动进入软件待机(SW STANDBY),而不会进入硬件待机。
当传感器完成一次测距操作时,GPIO1引脚可以被配置为输出中断信号,通知微控制器读取测量结果。
这种方式比持续轮询传感器状态更加高效,尤其在低功耗应用中非常有用。
本节介绍在不需要使用样例应用时如何使用STM32CubeMX将X-CUBE-TOF1软件包添加到项目中。有了这样的设置,就只配置了驱动层。
app_tof.c定义了一个静态函数 MX_VL53L4CD_SimpleRanging_Process,用于配置和执行VL53L4CX传感器的简单测距操作。
main.c种添加头文件。
/* USER CODE BEGIN Includes */ #include "app_tof.h" #include "custom_ranging_sensor.h" /* USER CODE END Includes */
添加对应变量。
/* 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 为自主测量模式,同事开启单次测量。
/* USER CODE BEGIN 2 */ uint32_t Id; CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);// 读取传感器ID并存储在Id变量中 CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);// 获取传感器的能力并存储在Cap变量中 Profile.RangingProfile = VL53L4CD_PROFILE_AUTONOMOUS;// 设置测距配置文件为自主测量模式 Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;// 设置测距的时间预算(以毫秒为单位) Profile.Frequency = 0; // 设置测量频率为0,这意味着使用测量之间的间隔时间,而不是连续测量 Profile.EnableAmbient = 1; // 启用环境光测量 Profile.EnableSignal = 1; // 启用信号测量 // 如果配置文件与默认配置文件不同,则应用新的配置文件 CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile); // 启动传感器进行单次测量 status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_ONESHOT); /* USER CODE END 2 */
轮询方式检测 GPIO 引脚状态,并在满足条件时获取 VL53L4CD 传感器的测距结果并进行处理。
检查 GPIO 引脚状态,当 GPIO 引脚状态为低电平(表示测量完成且数据已准备好)时,进行以下操作:
● 调用 CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4CD, &Result); 获取测距结果。
● 如果测量成功,调用 print_result(&Result); 打印测距结果。
● 停止当前测量以准备下一次测量。
● 再次启动单次测量。
/* 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); } // 停止测量 CUSTOM_RANGING_SENSOR_Stop(CUSTOM_VL53L4CD); HAL_Delay(1000); // 再次启动传感器进行单次测量 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 */
配置成功,数据可以正常打印。
若对部分代码进行注释,可以查看到测距只执行一次,可以判断当前已经进入单次模式。
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