概述

VL53L4CD是一款高度集成的飛行時間（ToF）傳感器，廣泛應(yīng)用于距離測量和接近檢測。為了滿足不同應(yīng)用場景的需求，合理調(diào)整傳感器的測量頻率至關(guān)重要。本文旨在介紹如何在VL53L4CD傳感器上修改測量頻率，以優(yōu)化其性能和功耗。 測量頻率指傳感器每秒進(jìn)行測量的次數(shù)，通常以赫茲（Hz）為單位。對于VL53L4CD傳感器，測量頻率的調(diào)整能夠影響到傳感器的響應(yīng)速度、精度以及功耗表現(xiàn)。 最近在弄ST Demo，需要樣片的可以加群申請：615061293 。

視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1EszVYrEPs/]

樣品申請

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

完整代碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/90228588]

硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一個開發(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。 主控為STM32H503CBT6，TOF為VL53L4CD

技術(shù)規(guī)格

系統(tǒng)框圖

應(yīng)用示意圖

參考程序

[https://github.com/CoreMaker-lab/VL53L4CD]

[https://gitee.com/CoreMaker/VL53L4CD]

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。 配置時鐘樹，配置時鐘為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

在這個應(yīng)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(jī)連接和控制的，這種設(shè)計優(yōu)化了功耗，因為設(shè)備在不使用時可以被完全關(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，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（FW BOOT）后會自動進(jìn)入軟件待機(jī)（SW STANDBY），而不會進(jìn)入硬件待機(jī)。

GPIO1

當(dāng)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(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)用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設(shè)置，就只配置了驅(qū)動層。

堆棧設(shè)置

若無法正常運行需要修改優(yōu)化等級。

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(xì)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(shè)置測距模式。 ○ Profile.TimingBudget 設(shè)置測量時間預(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 啟用信號測量。
4. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &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。
5. CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);: ○ 啟動傳感器，設(shè)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(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

增加計時預(yù)算會增加單次測量發(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;

  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_CONTINUOUS;// 設(shè)置測距配置文件為連續(xù)測距模式
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;// 設(shè)置測距的時間預(yù)算（以毫秒為單位）
  Profile.Frequency = 0; // 設(shè)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(rèn)配置文件不同，則應(yīng)用新的配置文件
  CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);
    // 啟動傳感器進(jìn)行阻塞連續(xù)測距模式測量
  status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, 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_VL53L4CD, &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。

此時時間為200ms輸出一次，頻率為5Hz。

修改TIMING_BUDGET為20，此時為20ms刷新一次，頻率為50Hz，此時數(shù)據(jù)抖動較大。

審核編輯 黃宇