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/BV1X1421C7Qd/

样品申请

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

完整代码下载

实现demo

1. 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。
2. 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。
3. 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

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 */

  /* 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: %d\n", 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。