Hi3061M——VL53L0X激光测距（IIC）（同样适用于其他MCU）

news2024/10/18 9:11:43

这里写目录标题

    • 前言
    • VL53L0X的简介
    • VL53L0X的初始化和效准过程的相关API
    • VL53L0X开始测量和获取测量值
    • VL53L0X移植配置
    • 结语

前言

手头正好有一个空闲的激光测距模块VL53L0X，想在Hi3061M上跑一下测距，以前并没有用过VL53L0X，想着以为还是向以前一样IIC读写寄存器就可以后面发现这个芯片是提供API的，调用API的方式来使用，在网上搜了搜资料，看着感觉好像很麻烦有好多的文件要导入，好像还要移植什么什么的，长长的API英文文档还要看，当时就想放弃了，后面认真弄了下，找了些资料其实也没那么难的。
本文主要言简意赅的介绍和实现VL53L0X的使用。

VL53L0X的简介

激光测距模块，支持电压1.6-3.5V，IIC通讯，最大速率400KHz，测量范围3cm~200cm，最快测量一次时间为20ms(准确度会受影响)，33ms默认时间，测量时间加倍标准误差越小。
主要IO介绍：

引脚功能
SCLIIC时钟线
SDAIIC数据线
XSHUTshutdown，高电平工作，低电平摆烂
GPIO1中断线，测量完毕触发中断，可读取测量结果

工作过程： 940nm(频段的激光为不可见光，且不危害人眼)无红光闪烁激光器，发射出激光，反射回程的IR光通过高灵敏的领先**SPAD（单光子雪崩二极管）**阵列进行测量。

VL53L0X 传感器还配有内置物理红外滤光片，可增大测量距离、较少环境光的干扰，以及对提高玻璃罩光学串扰的抗扰度。当然具体的工作实现我是不知道的啦，这个正常情况我们使用也无需知道。

此外测量模式有三种：

  • Single ranging（单次测量）
  • Continuous ranging（连续测量）
  • Continuous Timed ranging（连续定时测量）
    连续定时测量的意思就是测量后延迟固定时间在进行重复测量。

四种测量精度：

测量耗时最远测量距离典型应用
默认模式30ms1.2m(白色目标)标准
高精度200ms1.2m(白色目标)精准测量
远距离33ms2m(白色目标)黑暗条件下的远距离测量
高速度20ms1.2m(白色目标)优先速度，准确率有所下降

不同工作模式会有多加几行代码实现，通过调用相应的API实现，对应代码可以查阅API手册，在第7.2节有具体的代码实现。
一般工作在默认模式下即可，本文选择在默认模式下，此外可以通过设置单次测量时间来提高准确率。

VL53L0X的初始化和效准过程的相关API

API文档中主要讲的就是效准的过程。
总体可以分为6个部分。
API中第二章和第四章都提到了这6个部分，第二章似乎是制造生产的效准过程，而第四章是系统初始化过程。详见文档。
简单介绍一下6个部分，感觉不是高精度高要求的使用，不需要多了解。
1、设备初始化

VL53L0X_DataInit(VL53L0X_DEV dev);

2、数据初始化
允许加载特定用途的设备配置

VL53L0X_StaticInit(VL53L0X_DEV dev);

3、SPADs（单光子雪崩二极管阵列）校准
VL53L0X可能覆盖玻璃，所以需要用户自行效准，效准一次即可，数据可以进行存储。

VL53L0X_Error VL53L0X_PerformRefSpadManagement(VL53L0X_DEV Dev, uint32_t *refSpadCount,
uint8_t *isApertureSpads)

这个效准不需要特定的环境，这个API最后会输出的数字和类型会设置到设备中，可以对两个值进行存储，下次就不用在效准。
**注意：**如果设备覆盖了高反射性的物体，可能会出错，错误码为-50，这个时候需要移除物体重新效准。
4、温度效准
这个没什么好说的，校准与温度的敏感度有关的两个参数VHV 和phase cal，具体是什么我没研究。

VL53L0X_Error VL53L0X_PerformRefCalibration(VL53L0X_DEV Dev, uint8_t *pVhvSettings, uint8_t *pPhaseCal)

5、偏移校准
这个生产时校准过存在device NVM中，但是还是产品可能覆盖玻璃，导致这个值不准，需要重新效准。
这个需要自己手动校准的，但是这个意思就是误差校准，比如测量时和实际的结果存在多少mm的误差，±这个误差，大概就是这么回事，如果真想可以自己通过程序校准也一样的。

VL53L0X_Error VL53L0X_PerformOffsetCalibration(VL53L0X_DEV Dev, FixPoint1616_t CalDistanceMilliMeter, int32_t *pOffsetMicroMeter)

6、串扰校准
这个受到的影响也是，设备覆盖了玻璃，会影响测量性能，具体影响程度取决于玻璃。
这个效准似乎还分两种情况近距离和远距离，近距离有一个线性区，远距离有个曲线区域。具体大家可以查看API有相关介绍。

VL53L0X_Error VL53L0X_PerformXTalkCalibration(VL53L0X_DEV Dev,FixPoint1616_t XTalkCalDistance,
FixPoint1616_t *pXTalkCompensationRateMegaCps)

值得一提的是，这个第5、6步可以忽略，可能生产出来的时候就效准过的吧，也可能我这个模块没有覆盖玻璃，总之没有执行这两步骤可以正常初始化并使用，毕竟只是校准过程而已。

此外还有两个参数需要配置：测量模式和测量时间。
这个前面提到了这里不多介绍，相关API如下

    /**设置工作模式
     * 有三种工作模式
     * 单次测量         0
     * 连续测量         1
     * 连续延时测量     3
    */
    VL53L0X_SetDeviceMode(dev, DEMO_DEVICE_MODE);
    
    /**设置测量时间
     * 默认时间是33ms，最小的时间是20ms，注意这里参数是us，即设置20ms，需设置20*1000
     * 这个会涉及到准确率，太快，准确率会有所下降
     * 增加测量时间会提高准确率
     * 测量时间增加到2倍，测量的标准差减少到根号2
    */
    VL53L0X_SetMeasurementTimingBudgetMicroSeconds(dev, DEMO_BUDGET_TIME);

VL53L0X开始测量和获取测量值

不再过多介绍，就是调用API

// 开始测量
void vl53l0x_start(void){
    /*开始测量*/
    VL53L0X_StartMeasurement(&demo_dev);
    DBG_PRINTF("VL53L0X start ranging!\r\n");
}
// 停止测量---连续测量模式下
void vl53l0x_stop(void){
    /*开始测量*/
    VL53L0X_StopMeasurement(&demo_dev);
    DBG_PRINTF("VL53L0X stop ranging!\r\n");
}
// 获取测量结果 单位mm
unsigned short get_distance(void){

    uint8_t ret;
    VL53L0X_RangingMeasurementData_t data;
    /*检查是否完成一次测量*/
    do {
        VL53L0X_GetMeasurementDataReady(&demo_dev, &ret);
    } while (ret != 1);
    /*获取测量结果*/
    VL53L0X_GetRangingMeasurementData(&demo_dev, &data);
    return data.RangeMilliMeter;
}

VL53L0X移植配置

VL53L0X的移植配置主要就是讲API文档中的文件放入工程中，用到的保留下，不用的删除，此外需要讲IIC的接口函数进行置换即可，换位MCU所使用的IIC。

具体需要包含的文件结构：
在这里插入图片描述
其中core是没有动过的，platform删掉了一些文件，主要需要修改的文件就**“vl53l0x_i2c_platform.c”**,可以直接复制进去，需要修改就这文件中对应的函数。
mine中是自己根据mcu实现的IIC相关代码，引脚初始化和通讯过程什么的。


#include "clock.h"
#include "debug.h"

#include <stdio.h>    // sprintf(), vsnprintf(), printf()

#ifdef _MSC_VER
#define snprintf _snprintf
#endif

#include "vl53l0x_i2c_platform.h"
#include "vl53l0x_def.h"
#include "vl53l0x_platform_log.h"

#ifdef VL53L0X_LOG_ENABLE
#define trace_print(level, ...) trace_print_module_function(TRACE_MODULE_PLATFORM, level, TRACE_FUNCTION_NONE, ##__VA_ARGS__)
#define trace_i2c(...) trace_print_module_function(TRACE_MODULE_NONE, TRACE_LEVEL_NONE, TRACE_FUNCTION_I2C, ##__VA_ARGS__)
#endif



char  debug_string[VL53L0X_MAX_STRING_LENGTH_PLT];


#define MIN_COMMS_VERSION_MAJOR     1
#define MIN_COMMS_VERSION_MINOR     8
#define MIN_COMMS_VERSION_BUILD     1
#define MIN_COMMS_VERSION_REVISION  0

#define STATUS_OK              0x00
#define STATUS_FAIL            0x01


int32_t VL53L0X_write_multi(uint8_t address, uint8_t index, uint8_t *pdata, int32_t count)
{
    int32_t status = STATUS_OK;

    int32_t i;
    
    vl53l0x_iic_start();
    vl53l0x_iic_send_byte((address << 1) | 0);
    if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
    {
        vl53l0x_iic_stop();
        return STATUS_FAIL;
    }
    vl53l0x_iic_send_byte(index);
    if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
    {
        vl53l0x_iic_stop();
        return STATUS_FAIL;
    }
    for (i=0; i<count; i++)
    {
        vl53l0x_iic_send_byte(pdata[i]);
        if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
        {
            vl53l0x_iic_stop();
            return STATUS_FAIL;
        }
    }
    vl53l0x_iic_stop();

    return status;
}

int32_t VL53L0X_read_multi(uint8_t address, uint8_t index, uint8_t *pdata, int32_t count)
{
    int32_t status = STATUS_OK;

    vl53l0x_iic_start();
    vl53l0x_iic_send_byte((address << 1) | 0);
    if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
    {
        vl53l0x_iic_stop();
        return STATUS_FAIL;
    }
    vl53l0x_iic_send_byte(index);
    if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
    {
        vl53l0x_iic_stop();
        return STATUS_FAIL;
    }
    vl53l0x_iic_stop();
    vl53l0x_iic_start();
    vl53l0x_iic_send_byte((address << 1) | 1);
    if (vl53l0x_iic_wait_ack() == 1)
    {
        vl53l0x_iic_stop();
        return STATUS_FAIL;
    }
    while (count)
    {
        *pdata = vl53l0x_iic_read_byte((count > 1) ? 1 : 0);
        count--;
        pdata++;
    }
    vl53l0x_iic_stop();


    return status;
}


int32_t VL53L0X_write_byte(uint8_t address, uint8_t index, uint8_t data)
{
    int32_t status = STATUS_OK;
    const int32_t cbyte_count = 1;

    status = VL53L0X_write_multi(address, index, &data, cbyte_count);

    return status;

}


int32_t VL53L0X_write_word(uint8_t address, uint8_t index, uint16_t data)
{
    int32_t status = STATUS_OK;

    uint8_t  buffer[BYTES_PER_WORD];

    // Split 16-bit word into MS and LS uint8_t
    buffer[0] = (uint8_t)(data >> 8);
    buffer[1] = (uint8_t)(data &  0x00FF);

    status = VL53L0X_write_multi(address, index, buffer, BYTES_PER_WORD);

    return status;

}


int32_t VL53L0X_write_dword(uint8_t address, uint8_t index, uint32_t data)
{
    int32_t status = STATUS_OK;
    uint8_t  buffer[BYTES_PER_DWORD];

    // Split 32-bit word into MS ... LS bytes
    buffer[0] = (uint8_t) (data >> 24);
    buffer[1] = (uint8_t)((data &  0x00FF0000) >> 16);
    buffer[2] = (uint8_t)((data &  0x0000FF00) >> 8);
    buffer[3] = (uint8_t) (data &  0x000000FF);

    status = VL53L0X_write_multi(address, index, buffer, BYTES_PER_DWORD);

    return status;

}


int32_t VL53L0X_read_byte(uint8_t address, uint8_t index, uint8_t *pdata)
{
    int32_t status = STATUS_OK;
    int32_t cbyte_count = 1;

    status = VL53L0X_read_multi(address, index, pdata, cbyte_count);

    return status;

}


int32_t VL53L0X_read_word(uint8_t address, uint8_t index, uint16_t *pdata)
{
    int32_t  status = STATUS_OK;
	uint8_t  buffer[BYTES_PER_WORD] = {0};

    status = VL53L0X_read_multi(address, index, buffer, BYTES_PER_WORD);
    // DBG_PRINTF("status: %d\r\n",status);
	*pdata = ((uint16_t)buffer[0]<<8) + (uint16_t)buffer[1];

    return status;

}

int32_t VL53L0X_read_dword(uint8_t address, uint8_t index, uint32_t *pdata)
{
    int32_t status = STATUS_OK;
	uint8_t  buffer[BYTES_PER_DWORD];

    status = VL53L0X_read_multi(address, index, buffer, BYTES_PER_DWORD);
    *pdata = ((uint32_t)buffer[0]<<24) + ((uint32_t)buffer[1]<<16) + ((uint32_t)buffer[2]<<8) + (uint32_t)buffer[3];

    return status;

}

int32_t VL53L0X_platform_wait_us(int32_t wait_us)
{
    int32_t status = STATUS_OK;
    float wait_ms = (float)wait_us/1000.0f;

    BASE_FUNC_DELAY_US(wait_us); 

#ifdef VL53L0X_LOG_ENABLE
    trace_i2c("Wait us : %6d\n", wait_us);
#endif

    return status;

}


int32_t VL53L0X_wait_ms(int32_t wait_ms)
{
    int32_t status = STATUS_OK;

    BASE_FUNC_DELAY_MS(wait_ms);


#ifdef VL53L0X_LOG_ENABLE
    trace_i2c("Wait ms : %6d\n", wait_ms);
#endif

    return status;

}

结语

太晚了，先下班了，具体的移植和实现，相关的代码讲解啥的明天再更，下班了下班了，感谢支持。

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