概述

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VL53L4CX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)用于各種距離測量和目標(biāo)檢測場景。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)整測距范圍和測量頻率，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能。本篇文章將介紹如何通過修改VL53L4CX傳感器的測距范圍和測量頻率來滿足不同應(yīng)用場景的需求。

視頻教學(xué)

https://www.bilibili.com/video/BV19s421g7dR/

樣品申請

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

完整代碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89399419

測距范圍

VL53L4CX傳感器支持多種測距模式，包括短距離、中距離和長距離模式。每種模式針對不同的測量距離進(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)平衡了測量精度和響應(yīng)速度，適用于多數(shù)通用測量應(yīng)用。
● 長距離模式：適用于目標(biāo)物體距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用，能夠覆蓋更大的測量范圍，但響應(yīng)時(shí)間相對較長。

測量頻率

測量頻率決定了傳感器進(jìn)行測距操作的頻次。通過調(diào)整測量頻率，用戶可以在響應(yīng)速度和功耗之間找到平衡點(diǎn)：
● 高頻測量：適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速響應(yīng)的應(yīng)用場景，如手勢識(shí)別和快速移動(dòng)物體檢測。然而，高頻測量會(huì)增加功耗。
● 低頻測量：適用于功耗敏感的應(yīng)用，如電池供電設(shè)備或?qū)憫?yīng)速度要求較低的場景。低頻測量可以顯著降低功耗。
本文將詳細(xì)介紹如何配置VL53L4CX傳感器的測距范圍和測量頻率，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，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。

技術(shù)規(guī)格

系統(tǒng)框圖

應(yīng)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(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個(gè)應(yīng)用中，VL53L4CX模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL53L4CX模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個(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，然后通過主機(jī)使用XSHUT引腳來喚醒。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_VL53L4CX_SimpleRanging_Process，用于配置和執(zhí)行VL53L4CX傳感器的簡單測距操作。

詳細(xì)解釋

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CX, &Id);:
○ 讀取傳感器的ID，并將其存儲(chǔ)在變量 Id 中。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CX, &Cap);:
○ 獲取傳感器的能力，并將其存儲(chǔ)在 Cap 結(jié)構(gòu)中。

配置 Profile 結(jié)構(gòu)的參數(shù)：
○ Profile.RangingProfile 設(shè)置為中距離多目標(biāo)測距模式。
○ Profile.TimingBudget 設(shè)置測量時(shí)間預(yù)算。
○ Profile.Frequency 設(shè)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(hào)測量。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CX, &Profile);:
○ 如果配置文件與默認(rèn)配置不同，則應(yīng)用新的配置文件。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CX, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);:
○ 啟動(dòng)傳感器，設(shè)置為阻塞連續(xù)測量模式。

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(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 */

添加對應(yīng)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 */

測量頻率修改

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

Profile.TimingBudget 設(shè)置測量時(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_VL53L4CX, &Id);
    // 獲取傳感器的能力
    CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CX, &Cap);

    // 配置測距參數(shù)
    Profile.RangingProfile = VL53L4CX_PROFILE_MEDIUM; // 設(shè)置測距模式為中距離
    Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; // 設(shè)置時(shí)間預(yù)算（測量時(shí)間）
    Profile.Frequency = 0; // 設(shè)置測量頻率，這里不用于正常測距（設(shè)為0）
    Profile.EnableAmbient = 1; // 啟用環(huán)境光測量（1：啟用，0：禁用）
    Profile.EnableSignal = 1; // 啟用信號(hào)測量（1：啟用，0：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_VL53L4CX, &Profile);

    // 啟動(dòng)傳感器，設(shè)置為短距離測量模式
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CX, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);
  /* USER CODE END 2 */

主程序如下所示，可以通過判斷GPIO1來判定信號(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_15) ==0)		
	{		
    /* polling mode */
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4CX, &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。

修改測距范圍

VL53L4CX最大可以測量6M距離，可以通過 Profile.RangingProfile 設(shè)置為測距模式。

RS_MULTI_TARGET_SHORT_RANGE (VL53L4CX_PROFILE_SHORT):
○ 短距離多目標(biāo)模式：
■ 此模式下，傳感器優(yōu)化用于較近距離的測量。
■ 適用于需要高精度但測量距離較短的應(yīng)用。
■ 在短距離測量時(shí)，傳感器可以提供更快的響應(yīng)時(shí)間和更高的測量頻率。

RS_MULTI_TARGET_MEDIUM_RANGE (VL53L4CX_PROFILE_MEDIUM):
○ 中距離多目標(biāo)模式：
■ 此模式下，傳感器在中等距離范圍內(nèi)工作。
■ 適用于需要在中等距離內(nèi)進(jìn)行測量的應(yīng)用。
■ 提供了距離和精度之間的平衡。

RS_MULTI_TARGET_LONG_RANGE (VL53L4CX_PROFILE_LONG):
○ 長距離多目標(biāo)模式：
■ 此模式下，傳感器優(yōu)化用于較遠(yuǎn)距離的測量。
■ 適用于需要測量更遠(yuǎn)距離的應(yīng)用。
■ 在長距離測量時(shí)，響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)更長，但可以覆蓋更大的測量范圍。

此時(shí) Profile.RangingProfile = VL53L4CX_PROFILE_MEDIUM; // 設(shè)置測距模式為中距離
若測量長距離，可能出現(xiàn)如下測量失敗情況，TIMING_BUDGET修改為200。

Status狀態(tài)位如下所示。
在使用VL53L4CX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)VL53L4CX傳感器的文檔，狀態(tài)碼4對應(yīng)的具體錯(cuò)誤類型是 VL53L4CX_RANGESTATUS_OUTOFBOUNDS_FAIL。
VL53L4CX_RANGESTATUS_OUTOFBOUNDS_FAIL：
● 狀態(tài)碼4：此狀態(tài)碼表示測距過程中發(fā)生了超出邊界失敗（out of bounds fail）的錯(cuò)誤。
● 含義：傳感器在測量過程中檢測到目標(biāo)物體距離超出了其測量范圍，或者接收到的信號(hào)不在預(yù)期的范圍內(nèi)。

修改測量范圍為長范圍。

Profile.RangingProfile = RS_MULTI_TARGET_LONG_RANGE;

此時(shí)測距可以測量長距離范圍。

審核編輯 黃宇