概述

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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/BV19n4y1X7ba/

样品申请

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

完整代码下载

实现demo

1. 传感器初始化：介绍如何正确初始化 VL53L4CD 传感器，包括系统时钟配置和外设初始化。
2. 传感器配置：讲解如何配置传感器的测量参数，包括测距模式、时间预算和环境光测量设置。
3. 单次测量实现：演示如何启动传感器进行单次测量，获取测量结果，并在每次测量后停止传感器以准备下一次测量。
4. 应用示例：提供一个实际的应用示例代码，展示如何在嵌入式系统中实现单次测量模式，并处理测量结果以适应具体应用需求。

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

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 */

修改 Profile.RangingProfile 为自主测量模式，同事开启单次测量。

  /* 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_AUTONOMOUS;// 设置测距配置文件为自主测量模式
  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);
	// 启动传感器进行单次测量
  status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_ONESHOT);
	
  /* USER CODE END 2 */

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。
检查 GPIO 引脚状态，当 GPIO 引脚状态为低电平（表示测量完成且数据已准备好）时，进行以下操作：
● 调用 CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4CD, &Result); 获取测距结果。
● 如果测量成功，调用 print_result(&Result); 打印测距结果。
● 停止当前测量以准备下一次测量。
● 再次启动单次测量。

  /* 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);
    }
		// 停止测量
		CUSTOM_RANGING_SENSOR_Stop(CUSTOM_VL53L4CD);
		HAL_Delay(1000);
		// 再次启动传感器进行单次测量
		status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_ONESHOT);
	}
    /* USER CODE END WHILE */

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

演示结果

配置成功，数据可以正常打印。

若对部分代码进行注释，可以查看到测距只执行一次，可以判断当前已经进入单次模式。