[光学传感器] 【X-NUCLEO-53L4A3】+驱动TOF传感器测距

此贴主要介绍如何使用X-CUBE-TOF1软件包基于自定义的VL53系列TOF传感器进行驱动，并进行基础测距功能，在OLED屏幕上可实时显示。正常使用VL53系列TOF传感器肯定是自己设计的板子，一个VL53L4ED传感器二十来块，一个X-NUCLEO-53L4A3扩展板将近三百，而且扩展板上也没什么其他特殊的IC，选哪个不用多说。

 

硬件清单

X-NUCLEO-53L4A3、NUCLEO-F401RE、0.96寸OLED屏幕(IIC接口)

 

测距工程创建

使用STM32CubeIDE创建NUCLEO-F401RE工程过程略过，非常简单，网上教程也一大堆。

配置VL53L4ED需要的IIC接口和GPIO，以及OLED需要的IIC接口。

根据X-NUCLEO-53L4A3原理图，板载的VL53L4ED与STM32F401RE的PB8(SCL)、PB9(SDA)连接，并且时钟线和数据线都通过上拉电阻拉高，可以使用GPIO软件模拟IIC时序驱动，也可以使用STM32F401RE片上的硬件IIC控制器驱动。VL53L4ED的XSHUT引脚与PB3连接，通过上拉电阻拉高，用做GPIO输出；GPIO1引脚与PA4连接，通过上拉电阻拉高，用做中断输入。OLED屏幕与STM32F401RE的PA8(SCL)、PB4(SDA)连接，并且时钟线和数据线都通过上拉电阻拉高，可以使用GPIO软件模拟IIC时序驱动，也可以使用STM32F401RE片上的硬件IIC控制器驱动。

下面对于VL53L4ED和OLED屏幕，都采用硬件IIC驱动，PB8、PB9对应IIC1，PA8、PB4对应IIC3。

引脚配置如上图所示，在创建工程时，STM32CubeF4软件包默认将下载接口、调试USART接口、板载按键、板载LED配置完成，剩下需要自己配置VL53L4ED和OLED屏幕用到的IO资源。

VL53L4ED使用I2C总线进行通信，最大支持1MHz，地址为0x52。开启STM32F401RE的I2C1，模式为Fast Mode，时钟频率为400KHz。

OLED使用I2C总线进行通信，最大支持1MHz，地址为0x52。开启STM32F401RE的I2C3，模式为Fast Mode，时钟频率为400KHz。

选择Middleware and Software Packs，接着选择X-CUBE-TOF1软件包，在里面选择器件为VL53L4ED，板子为custom，应用为53L4A3_SimpleRanging，之后点击Ok即可。

重新进入X-CUBE-TOF1软件包，将软件包需要的IP与STM32F401RE配置的一一对应即可，之后生成代码。

在Drivers/BSP目录下创建OLED文件夹，将OLED相关的I2C驱动复制进去，把相关I2C操作的句柄改为I2C3。

X-CUBE-TOF1软件包默认创建了app_tof.c、app_tof.h应用层代码，可以在main函数里，直接调用MX_TOF_Init、MX_TOF_Process函数完成测距。

MX_TOF_Init通过函数调用完成USART2打印串口初始化，VL53L4ED传感器初始化。

MX_TOF_Process通过获取VL53L4ED器件ID，获取属性，配置TOF后，开启TOF传感器，并间隔POLLING_PERIOD周期获取一次测距结果并打印出来。

测距结果包括目标NumberOFTargets数量，Distance距离，Status状态，Ambient环境光，Signal信号速率。需要注意，只有当Status状态值为0时，才代表TOF传感器捕捉到目标物体，当获取到状态值不为0的信息时，可以直接舍去，无意义。

static void display_result(RANGING_SENSOR_Result_t *Result)
{
	  uint8_t i;
	  uint8_t j;
	  char message[50];

	  for (i = 0; i < RANGING_SENSOR_MAX_NB_ZONES; i++)
	  {
		  OLED_NewFrame();
		  sprintf(message, "Targets = %lu", (unsigned long)Result->ZoneResult[i].NumberOfTargets);
		  OLED_PrintString(0, 0, message, &font12x12, OLED_COLOR_NORMAL);

	    for (j = 0; j < Result->ZoneResult[i].NumberOfTargets; j++)
	    {
	        sprintf(message, "Status = %ld", (long)Result->ZoneResult[i].Status[j]);
	        OLED_PrintString(0, 20, message, &font12x12, OLED_COLOR_NORMAL);
	        sprintf(message, "Distance = %ld mm", (long)Result->ZoneResult[i].Distance[j]);
	        OLED_PrintString(0, 35, message, &font12x12, OLED_COLOR_NORMAL);
	    }
	    OLED_ShowFrame();
	  }
}

static void MX_VL53L4ED_SimpleRanging_Process(void)
{
  uint32_t Id;

  CUSTOM_RANGING_SENSOR_ReadID(CUSTOM_VL53L4ED, &Id);
  CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetCapabilities(CUSTOM_VL53L4ED, &Cap);

  Profile.RangingProfile = VL53L4ED_PROFILE_CONTINUOUS;
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET;
  Profile.Frequency = 0; /* Induces intermeasurement period, NOT USED for normal ranging */
  Profile.EnableAmbient = 1; /* Enable: 1, Disable: 0 */
  Profile.EnableSignal = 1; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  /* set the profile if different from default one */
  CUSTOM_RANGING_SENSOR_ConfigProfile(CUSTOM_VL53L4ED, &Profile);

  status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_Start(CUSTOM_VL53L4ED, RS_MODE_BLOCKING_CONTINUOUS);

  while (1)
  {
    /* polling mode */
    status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L4ED, &Result);

    if (status == BSP_ERROR_NONE)
    {
      print_result(&Result);
      display_result(&Result);
    }

    HAL_Delay(POLLING_PERIOD);
  }
}

 

前面已经将OLED显示驱动复制到工程里，需要重新构建一个显示测距结果的函数display_result，与print_result一块调用，就可以在串口和OLED显示屏上分别看到测距结果。

 

实现效果

尺子长度为30cm，视频中可以看到实际测距效果误差在mm之内