概述

最近在弄ST和瑞薩RA的課程，需要樣片的可以加群申請：615061293 。

在現代嵌入式系統中，精確的距離測量和實時響應能力對于許多應用場景至關重要。VL53L4CD 是一款先進的飛行時間（Time-of-Flight, ToF）傳感器，能夠提供高精度的距離測量。本文介紹了如何基于VL53L4CD傳感器實現連續測距，并通過配置檢測閾值來優化系統的響應能力。

我們將詳細講解如何初始化VL53L4CD傳感器，設置其測量參數和檢測閾值，并實現中斷配置以響應特定的測量條件。通過這種方式，系統能夠在距離測量達到預設的閾值范圍內觸發中斷，從而實現實時響應和高效數據處理。

視頻教學

https://www.bilibili.com/video/BV1X1421C7Qd/

樣品申請

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

完整代碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89445067

實現demo

初始化VL53L4CD傳感器和配置測量參數，包括測距模式、時間預算和測量頻率。

配置檢測閾值，以便在測量結果處于特定范圍內時觸發中斷。

實現一個主循環，持續監測測量結果并在需要時處理中斷。

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。

技術規格

系統框圖

應用示意圖

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設置為開發板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個應用中，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引腳是由主機連接和控制的，這種設計優化了功耗，因為設備在不使用時可以被完全關閉，然后通過主機使用XSHUT引腳來喚醒。當AVDD存在且XSHUT為低電平時，設備處于硬件待機模式（HW Standby mode）。如果XSHUT引腳不由主機控制，而是通過上拉電阻連接到AVDD，那么設備在固件啟動（FW BOOT）后會自動進入軟件待機（SW STANDBY），而不會進入硬件待機。

GPIO1

當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果。
這種方式比持續輪詢傳感器狀態更加高效，尤其在低功耗應用中非常有用。

X-CUBE-TOF1

本節介紹在不需要使用樣例應用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設置，就只配置了驅動層。

app_tof.c

app_tof.c定義了一個靜態函數 MX_VL53L4CD_SimpleRanging_Process，用于配置和執行VL53L4CX傳感器的簡單測距操作。

詳細解釋

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 結構中。

配置 Profile 結構的參數：
○ Profile.RangingProfile 設置測距模式。
○ Profile.TimingBudget 設置測量時間預算。
○ Profile.Frequency 設置為0，不用于正常測距。
○ Profile.EnableAmbient 啟用環境光測量。
○ Profile.EnableSignal 啟用信號測量。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);:
○ 如果配置文件與默認配置不同，則應用新的配置文件。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);:
○ 啟動傳感器，設置為阻塞連續測量模式。

while (1) 循環：
○ 在無限循環中，定期讀取傳感器的距離數據。
○ 如果成功讀取距離數據，則調用 print_result(&Result) 打印結果。
○ 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 *//* USER CODE BEGIN 2 */ RANGING_SENSOR_ITConfig_t ITConfig; // 配置中斷觸發條件 ITConfig.Criteria = VL53L4CD_IT_IN_WINDOW ; // 設置中斷條件為在窗口內觸發 ITConfig.LowThreshold = 100; // 設置低閾值為100mm ITConfig.HighThreshold = 300; // 設置高閾值為300mm status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigIT(CUSTOM_VL53L4CD, &ITConfig); if (status != BSP_ERROR_NONE) { printf("Error: Unable to configure interrupt. Status code: %dn", status); } 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;// 設置測距配置文件為連續測距模式 Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;// 設置測距的時間預算（以毫秒為單位） Profile.Frequency = 0; // 設置測量頻率為0，這意味著使用測量之間的間隔時間，而不是連續測量 Profile.EnableAmbient = 1; // 啟用環境光測量 Profile.EnableSignal = 1; // 啟用信號測量 // 如果配置文件與默認配置文件不同，則應用新的配置文件 CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile); // 啟動傳感器進行阻塞連續測距模式測量 status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS); /* USER CODE END 2 */

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigIT 的主要功能是配置測距傳感器的中斷事件生成參數。它接受一個傳感器實例和一個指向中斷配置結構體的指針，并返回一個狀態碼，有如下觸發情況。

VL53L4CD_IT_DEFAULT (0xFFU):
● 默認中斷條件，當新的測量結果準備好時觸發中斷。此時不考慮任何閾值條件。
● 適用于需要每次測量完成后都觸發中斷的場景。

VL53L4CD_IT_IN_WINDOW (3U):
● 當測量距離在低閾值（LowThreshold）和高閾值（HighThreshold）之間時觸發中斷。
● 條件：distance >= LowThreshold AND distance <= HighThreshold
● 適用于需要檢測目標物體在特定距離范圍內的應用。

VL53L4CD_IT_OUT_OF_WINDOW (2U):
● 當測量距離小于低閾值或大于高閾值時觸發中斷。
● 條件：distance < LowThreshold OR distance > HighThreshold
● 適用于需要檢測目標物體在特定距離范圍外的應用。

VL53L4CD_IT_BELOW_LOW (0U):
● 當測量距離小于低閾值時觸發中斷。
● 條件：distance < LowThreshold
● 適用于需要檢測目標物體靠近傳感器的應用。

VL53L4CD_IT_ABOVE_HIGH (1U):
● 當測量距離大于高閾值時觸發中斷。
● 條件：distance > HighThreshold
● 適用于需要檢測目標物體遠離傳感器的應用。

主程序

輪詢方式檢測 GPIO 引腳狀態，并在滿足條件時獲取 VL53L4CD 傳感器的測距結果并進行處理。

/* 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 */

演示結果

當距離在100-300mm內時候會觸發對應中斷。

審核編輯 黃宇