VL53L4CD TOF开发(3)----检测阈值

概述

最近在弄ST和瑞萨RA的课程，需要样片的可以加群申请：615061293 。

在现代嵌入式系统中，精确的距离测量和实时响应能力对于许多应用场景至关重要。VL53L4CD 是一款先进的飞行时间（Time-of-Flight, ToF）传感器，能够提供高精度的距离测量。本文介绍了如何基于VL53L4CD传感器实现连续测距，并通过配置检测阈值来优化系统的响应能力。

我们将详细讲解如何初始化VL53L4CD传感器，设置其测量参数和检测阈值，并实现中断配置以响应特定的测量条件。通过这种方式，系统能够在距离测量达到预设的阈值范围内触发中断，从而实现实时响应和高效数据处理。

视频教学

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

样品申请

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

完整代码下载

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

实现demo

初始化VL53L4CD传感器和配置测量参数，包括测距模式、时间预算和测量频率。

配置检测阈值，以便在测量结果处于特定范围内时触发中断。

实现一个主循环，持续监测测量结果并在需要时处理中断。

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。

技术规格

系统框图

应用示意图

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，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。

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

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);:
○ 读取传感器的ID，并将其存储在变量 Id 中。

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。

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。

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。

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。

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 *//* USER CODE BEGIN 2 */ RANGING_SENSOR_ITConfig_t ITConfig; // 配置中断触发条件 ITConfig.Criteria = VL53L4CD_IT_IN_WINDOW ; // 设置中断条件为在窗口内触发 ITConfig.LowThreshold = 100; // 设置低阈值为100mm ITConfig.HighThreshold = 300; // 设置高阈值为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);// 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 */

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigIT 的主要功能是配置测距传感器的中断事件生成参数。它接受一个传感器实例和一个指向中断配置结构体的指针，并返回一个状态码，有如下触发情况。

VL53L4CD_IT_DEFAULT (0xFFU):
● 默认中断条件，当新的测量结果准备好时触发中断。此时不考虑任何阈值条件。
● 适用于需要每次测量完成后都触发中断的场景。

VL53L4CD_IT_IN_WINDOW (3U):
● 当测量距离在低阈值（LowThreshold）和高阈值（HighThreshold）之间时触发中断。
● 条件：distance >= LowThreshold AND distance <= HighThreshold
● 适用于需要检测目标物体在特定距离范围内的应用。

VL53L4CD_IT_OUT_OF_WINDOW (2U):
● 当测量距离小于低阈值或大于高阈值时触发中断。
● 条件：distance < LowThreshold OR distance > HighThreshold
● 适用于需要检测目标物体在特定距离范围外的应用。

VL53L4CD_IT_BELOW_LOW (0U):
● 当测量距离小于低阈值时触发中断。
● 条件：distance < LowThreshold
● 适用于需要检测目标物体靠近传感器的应用。

VL53L4CD_IT_ABOVE_HIGH (1U):
● 当测量距离大于高阈值时触发中断。
● 条件：distance > HighThreshold
● 适用于需要检测目标物体远离传感器的应用。

主程序

轮询方式检测 GPIO 引脚状态，并在满足条件时获取 VL53L4CD 传感器的测距结果并进行处理。

/* 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 */

演示结果

当距离在100-300mm内时候会触发对应中断。

审核编辑 黄宇