VL53L8CX TOF开发(2)----设置自主模式

概述

"自主模式"（Autonomous mode）通常指的是设备或系统能够在没有外部输入的情况下独立完成任务。对于传感器，如VL53L8，自主模式可能意味着传感器可以独立、定期地进行测量，而不需要来自主控制器或主机的每一次单独指令。

最近在弄ST的课程，需要样片的可以加群申请：615061293 。

选择使用自主模式的原因可能包括：
简化控制：一旦配置完成，传感器可以独立工作，减少主控制器与传感器之间的通信需求。
稳定的测量频率：在自主模式下，传感器可以以固定的频率进行测量，从而确保数据的稳定性和连续性。
减少响应延迟：由于传感器持续地或定期地进行测量，数据可能会更快地准备好，从而减少了从请求到获取数据的延迟。
主控制器工作量减少：主控制器可以被释放出来执行其他任务，而不是持续地向传感器发送测量命令。
低功耗应用：对于某些传感器，自主模式可能更加能效，因为它可以在测量之间进入低功耗状态。
实现预定任务：自主模式允许传感器在特定条件下执行预定的任务，例如当检测到某个特定值时触发警报。
然而，是否使用自主模式取决于特定的应用需求。有些应用可能更倾向于连续模式，其中主控制器更频繁地与传感器交互，以获得实时数据或更高的控制精度。

视频教学

[https://www.bilibili.com/video/BV1Hz42127sb/]

样品申请

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

源码下载

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89302046]

自主模式的优势

● 低功耗： VCSEL只在必要时开启，降低了功耗，非常适合需要长时间运行的电池供电设备。
● 独立运行： 不需要主机持续控制，降低了主机的处理负担。
● 灵活配置： 用户可以根据应用需求设置测距频率和积分时间，以适应不同的使用场景。
自主模式适用于需要低功耗运行且不需要主机持续监控的应用场景，例如智能家居中的用户检测、物体检测和手势识别等。

自主模式与连续模式区别

VL53L8CX 传感器的自主模式 (AUTONOMOUS) 和连续模式 (CONTINUOUS) 都允许连续的测量操作，但它们的工作方式和使用场景略有不同：
连续模式 (CONTINUOUS):
● 在此模式下，传感器连续进行测量，每次测量后，就会产生一个新的结果。
● 传感器会尽可能快地测量，基于所设置的时间预算。
● 主机通常需要周期性地从传感器中读取数据。
● 适用于需要高更新率或实时响应的应用。
自主模式 (AUTONOMOUS):
● 传感器独立地进行测量，而无需主机的常规干预。
● 主机可以进入低功耗休眠模式，而传感器仍然独立地执行测量。当传感器完成测量时，它可以通过中断唤醒主机，通知它读取数据。
● 这种模式特别适用于低功耗应用，因为大部分时间主机可以处于休眠状态。
● 这种模式可能与设置的测量频率或时间间隔一起使用，以确定传感器执行测量的频率。
总的来说，选择哪种模式取决于应用的需求。如果需要实时的高更新率数据，则连续模式可能更合适；而对于低功耗或不需要实时数据的应用，自主模式可能是更好的选择。
根据应用需求，如果需要低功耗且可以接受较低的测距频率，建议选择自主模式；如果需要高频率、实时的测距数据且不考虑功耗，建议选择连续模式。

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STM32G431CB，TOF为VL53L8CX

生成STM32CUBEMX

选择MCU

测试版所用的MCU为STM32G431CB。

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。

IIC配置

在这个应用中，VL53L8CX模块通过I2C（IIC）接口与主控器通信。具体来说，VL53L8CX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。

LPn 设置

若进行IIC通讯，LPn设置为高电平状态。

这里对应管脚为PA12。

配置为PA12。

INT设置

自主模式可以通过获取INT管脚进行判断数据是否准备好。

配置PA11为输入模式。

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。

串口重定向

打开魔术棒，勾选MicroLIB

在main.c中，添加头文件，若不添加会出现 identifier "FILE" is undefined报错。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

函数声明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END PFP */

代码配置

在custom_ranging_sensor.c代码中，有IO口驱动VL53L8CX进行复位的代码，由于没有配置对应的IO，所以需要注释掉。

TOF代码配置

在main.c中添加刷新速率，500ms刷新一次，所以频率为2Hz。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "custom_ranging_sensor.h"

#define TIMING_BUDGET (500U) /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */
#define RANGING_FREQUENCY (2U) /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */
#define POLLING_PERIOD (1000U/RANGING_FREQUENCY) /* refresh rate for polling mode (milliseconds) */

/* USER CODE END Includes */

函数与变量定义：

/* USER CODE BEGIN PFP */

int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

static uint8_t map_target_status(uint8_t status);
//将从VL53L8CX传感器获取的数据转换
static int32_t convert_data_format(VL53L8CX_Object_t *pObj,VL53L8CX_ResultsData *data, RANGING_SENSOR_Result_t *pResult);
//打印数据
static void print_result(RANGING_SENSOR_Result_t *Result);
static RANGING_SENSOR_ProfileConfig_t Profile;
static int32_t status = 0;
static RANGING_SENSOR_Result_t Result;
/* USER CODE END PFP */

添加TOF初始化。 若需要为8*8，修改对应vl53l8cx_set_resolution参数即可。 其中vl53l8cx_set_integration_time_ms和vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz加载了对应的刷新速率。

/* USER CODE BEGIN 2 */

  /*********************************/
  /*  Set ranging mode autonomous  */
  /*********************************/
  VL53L8CX_Object_t *pL8obj = CUSTOM_RANGING_CompObj[CUSTOM_VL53L8CX];
  static VL53L8CX_ResultsData data;
  uint8_t NewDataReady = 0;

  // 设置测距的配置文件为 4x4 的自主测量模式
  Profile.RangingProfile = RS_PROFILE_4x4_AUTONOMOUS;

  // 设置测量的时间预算，这通常决定了测量的速度和准确度
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */

  // 设置测量的频率，这决定了传感器执行测量的速率
  Profile.Frequency = RANGING_FREQUENCY; /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */

  // 确定是否启用环境光测量，0为禁用，1为启用
  Profile.EnableAmbient = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  // 确定是否启用信号测量，0为禁用，1为启用
  Profile.EnableSignal = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  pL8obj- >IsAmbientEnabled = Profile.EnableAmbient;
  pL8obj- >IsSignalEnabled = Profile.EnableSignal;

  /*
     use case VL53L8CX_PROFILE_4x4_CONTINUOUS:
  */
    // 设置传感器的测量分辨率为 4x4
  status = vl53l8cx_set_resolution(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RESOLUTION_4X4);
    // 设置传感器的测量模式为自主模式
  status |= vl53l8cx_set_ranging_mode(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RANGING_MODE_AUTONOMOUS);
    // 设置传感器的集成时间，这通常关联到测量的时间预算
    status |= vl53l8cx_set_integration_time_ms(&(pL8obj- >Dev), TIMING_BUDGET);
    // 设置传感器的测量频率，决定了传感器执行测量的速率
    status |= vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz(&(pL8obj- >Dev), RANGING_FREQUENCY);

  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("ERROR : Configuration programming error!nn");
    while (1);
  }

  status = vl53l8cx_start_ranging(&(pL8obj- >Dev));
  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("vl53l8cx_start_ranging failedn");
    while (1);
  }
  /* USER CODE END 2 */

积分时间/曝光时间（Integration time）

积分时间是一项仅在使用自主测距模式时可用的功能（请参阅第 4.5 节测距模式）。 它允许用户在启用 VCSEL 时更改时间。 如果测距模式设置为连续，则更改积分时间无效。 默认积分时间设置为 5 ms。
对于 4x4 和 8x8 分辨率，积分时间的影响是不同的。 分辨率 4x4 由一个积分时间组成，8x8 分辨率由四个积分时间组成。 下图表示两种分辨率的 VCSEL 发射。

所有积分时间之和 + 1 ms 开销必须低于测量周期，否则测距周期将自动增加。

主程序

主程序来获取对应的INT位状态来判定数据是否准备好。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    /* polling mode */
    if(HAL_GPIO_ReadPin  ( GPIOA, GPIO_PIN_11) ==0)        
    {
        do {
    (void)vl53l8cx_check_data_ready(&(pL8obj- >Dev), &NewDataReady);
    } while (!NewDataReady);

    if (NewDataReady != 0)
    {
      status = vl53l8cx_get_ranging_data(&(pL8obj- >Dev), &data);

      if (status == VL53L8CX_STATUS_OK)
      {
        /*
         Convert the data format to Result format.
         Note that you can print directly from data format
        */
        if (convert_data_format(pL8obj, &data, &Result) < 0)
        {
          printf("convert_data_format failedn");
          while (1);
        }
        print_result(&Result);
                }
            }        
        }        
    /* USER CODE END WHILE */

//  MX_TOF_Process();
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示结果

当分辨率为4*4时候，需要积分1次，设置的积分时间为500ms，那么对应的频率应该是2Hz。

当分辨率为8*8时候，需要积分4次，设置的积分时间为500ms，那么对应的频率应该是0.5Hz。

配置完成侯可以在Tera Term下查看结果，如下是8*8的显示。

审核编辑 黄宇