概述

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VL53L4CD是一款高度集成的飛行時(shí)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)。

視頻教學(xué)

https://www.bilibili.com/video/BV1TZ421g74b/

樣品申請

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

完整代碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89431343

調(diào)整測量頻率

根據(jù)不同應(yīng)用場景，調(diào)整測量頻率可以實(shí)現(xiàn)以下目的：

提高響應(yīng)速度：在需要快速檢測目標(biāo)物體的應(yīng)用中，增加測量頻率能夠提升傳感器的響應(yīng)速度。

優(yōu)化功耗：在電池供電的應(yīng)用中，降低測量頻率可以顯著減少傳感器的能耗，從而延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

增強(qiáng)測量穩(wěn)定性：適當(dāng)?shù)臏y量頻率設(shè)置有助于在不同環(huán)境條件下保持測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

調(diào)整VL53L4CD傳感器的測量頻率主要涉及修改傳感器的配置文件。傳感器提供了多種配置文件選項(xiàng)，可以通過配置時(shí)間預(yù)算和測量頻率來實(shí)現(xiàn)不同的測量需求。

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，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(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（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(shí)，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(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)動層。

app_tof.c

app_tof.c定義了一個(gè)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

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);:
○ 讀取傳感器的ID，并將其存儲在變量 Id 中。

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。

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(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 啟用信號測量。

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。

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。

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。

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; 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(shí)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(shí)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_15) ==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(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)抖動較大。

審核編輯 黃宇