概述

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VL53L4CD是一款高度集成的飛行時間（ToF）傳感器，廣泛應用于距離測量和接近檢測。為了滿足不同應用場景的需求，合理調整傳感器的測量頻率至關重要。本文旨在介紹如何在VL53L4CD傳感器上修改測量頻率，以優化其性能和功耗。
測量頻率指傳感器每秒進行測量的次數，通常以赫茲（Hz）為單位。對于VL53L4CD傳感器，測量頻率的調整能夠影響到傳感器的響應速度、精度以及功耗表現。

視頻教學

https://www.bilibili.com/video/BV1TZ421g74b/

樣品申請

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完整代碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89431343

調整測量頻率

根據不同應用場景，調整測量頻率可以實現以下目的：

提高響應速度：在需要快速檢測目標物體的應用中，增加測量頻率能夠提升傳感器的響應速度。

優化功耗：在電池供電的應用中，降低測量頻率可以顯著減少傳感器的能耗，從而延長設備的續航時間。

增強測量穩定性：適當的測量頻率設置有助于在不同環境條件下保持測量數據的穩定性和可靠性。

調整VL53L4CD傳感器的測量頻率主要涉及修改傳感器的配置文件。傳感器提供了多種配置文件選項，可以通過配置時間預算和測量頻率來實現不同的測量需求。

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。

技術規格

系統框圖

應用示意圖

生成STM32CUBEMX

選擇MCU

測試版所用的MCU為STM32G431CB。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設置為開發板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個應用中，VL53L4CD模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL53L4CD模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

XSHUT

XSHUT引腳是由主機連接和控制的，這種設計優化了功耗，因為設備在不使用時可以被完全關閉，然后通過主機使用XSHUT引腳來喚醒。當AVDD存在且XSHUT為低電平時，設備處于硬件待機模式（HW Standby mode）。如果XSHUT引腳不由主機控制，而是通過上拉電阻連接到AVDD，那么設備在固件啟動（FW BOOT）后會自動進入軟件待機（SW STANDBY），而不會進入硬件待機。

GPIO1

當傳感器完成一次測距操作時，GPIO1引腳可以被配置為輸出中斷信號，通知微控制器讀取測量結果。
這種方式比持續輪詢傳感器狀態更加高效，尤其在低功耗應用中非常有用。

X-CUBE-TOF1

本節介紹在不需要使用樣例應用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設置，就只配置了驅動層。

app_tof.c

app_tof.c定義了一個靜態函數 MX_VL53L4CD_SimpleRanging_Process，用于配置和執行VL53L4CX傳感器的簡單測距操作。

詳細解釋

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);:
○ 讀取傳感器的ID，并將其存儲在變量 Id 中。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);:
○ 獲取傳感器的能力，并將其存儲在 Cap 結構中。

配置 Profile 結構的參數：
○ Profile.RangingProfile 設置測距模式。
○ Profile.TimingBudget 設置測量時間預算。
○ Profile.Frequency 設置為0，不用于正常測距。
○ Profile.EnableAmbient 啟用環境光測量。
○ Profile.EnableSignal 啟用信號測量。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile);:
○ 如果配置文件與默認配置不同，則應用新的配置文件。

CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);:
○ 啟動傳感器，設置為阻塞連續測量模式。

while (1) 循環：
○ 在無限循環中，定期讀取傳感器的距離數據。
○ 如果成功讀取距離數據，則調用 print_result(&Result) 打印結果。
○ 使用 HAL_Delay(POLLING_PERIOD) 延遲一段時間，以控制輪詢頻率。

main.c種添加頭文件。

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

添加對應變量。

/* 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 */

測量頻率修改

增加計時預算會增加單次測量發射的光子數量。這提高了測量精度和最大測距距離。

Profile.TimingBudget 設置測量時間預算，初始化代碼如下所示，TIMING_BUDGET設置為200ms。

/* USER CODE BEGIN 2 */ uint32_t Id; CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4CD, &Id);// 讀取傳感器ID并存儲在Id變量中 CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4CD, &Cap);// 獲取傳感器的能力并存儲在Cap變量中 Profile.RangingProfile = VL53L4CD_PROFILE_CONTINUOUS;// 設置測距配置文件為連續測距模式 Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;// 設置測距的時間預算（以毫秒為單位） Profile.Frequency = 0; // 設置測量頻率為0，這意味著使用測量之間的間隔時間，而不是連續測量 Profile.EnableAmbient = 1; // 啟用環境光測量 Profile.EnableSignal = 1; // 啟用信號測量 // 如果配置文件與默認配置文件不同，則應用新的配置文件 CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4CD, &Profile); // 啟動傳感器進行阻塞連續測距模式測量 status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4CD, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS); /* USER CODE END 2 */

主程序如下所示，可以通過判斷GPIO1來判定信號是否已經準備好。

/* 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 */

若無法正常打印，需要修改堆棧。

此時時間為200ms輸出一次，頻率為5Hz。

修改TIMING_BUDGET為20，此時為20ms刷新一次，頻率為50Hz，此時數據抖動較大。

審核編輯 黃宇