概述

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。最近在弄ST Demo，需要樣片的可以加群申請：615061293 。

視頻教學

[https://www.bilibili.com/video/BV1EszVYrEPs/]

樣品申請

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

完整代碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/90228588]

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。主控為STM32H503CBT6，TOF為VL53L4CD

技術規格

系統框圖

應用示意圖

參考程序

[https://github.com/CoreMaker-lab/VL53L4CD]

[https://gitee.com/CoreMaker/VL53L4CD]

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。配置時鐘樹，配置時鐘為250M。

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，速率為115200。

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。

堆棧設置

若無法正常運行需要修改優化等級。

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_8) ==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 */