VL53L4CD小板开发(2)----修改测量频率

概述

VL53L4CD是一款高度集成的飞行时间（ToF）传感器，广泛应用于距离测量和接近检测。为了满足不同应用场景的需求，合理调整传感器的测量频率至关重要。本文旨在介绍如何在VL53L4CD传感器上修改测量频率，以优化其性能和功耗。 测量频率指传感器每秒进行测量的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。对于VL53L4CD传感器，测量频率的调整能够影响到传感器的响应速度、精度以及功耗表现。 最近在弄ST Demo，需要样片的可以加群申请：615061293 。

视频教学

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

样品申请

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

完整代码下载

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

硬件准备

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。 主控为STM32H503CBT6，TOF为VL53L4CD

技术规格

系统框图

应用示意图

参考程序

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

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

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，这里使用MCU为STM32H503CB。 配置时钟树，配置时钟为250M。

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

配置串口，速率为115200。

IIC配置

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

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。

GPIO1

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。

X-CUBE-TOF1

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。

堆栈设置

若无法正常运行需要修改优化等级。

app_tof.c

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。

详细解释

1. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);: ○ 读取传感器的ID，并将其存储在变量 Id 中。
2. CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);: ○ 获取传感器的能力，并将其存储在 Cap 结构中。
3. 配置 Profile 结构的参数： ○ Profile.RangingProfile 设置测距模式。 ○ Profile.TimingBudget 设置测量时间预算。 ○ Profile.Frequency 设置为0，不用于正常测距。 ○ Profile.EnableAmbient 启用环境光测量。 ○ Profile.EnableSignal 启用信号测量。
4. CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);: ○ 如果配置文件与默认配置不同，则应用新的配置文件。
5. CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);: ○ 启动传感器，设置为阻塞连续测量模式。
6. while (1) 循环： ○ 在无限循环中，定期读取传感器的距离数据。 ○ 如果成功读取距离数据，则调用 print_result(&Result) 打印结果。 ○ 使用 HAL_Delay(POLLING_PERIOD) 延迟一段时间，以控制轮询频率。

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 */

测量频率修改

增加计时预算会增加单次测量发射的光子数量。这提高了测量精度和最大测距距离。

Profile.TimingBudget 设置测量时间预算，初始化代码如下所示，TIMING_BUDGET设置为200ms。

/* 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_CONTINUOUS;// 设置测距配置文件为连续测距模式
  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);
    // 启动传感器进行阻塞连续测距模式测量
  status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);
  /* USER CODE END 2 */

主程序如下所示，可以通过判断GPIO1来判定信号是否已经准备好。

/* 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 */

若无法正常打印，需要修改堆栈。

此时时间为200ms输出一次，频率为5Hz。

修改TIMING_BUDGET为20，此时为20ms刷新一次，频率为50Hz，此时数据抖动较大。

审核编辑 黄宇