工程师经验:STM32F4驱动4路VL53L0测距你把握不住

原创 嵌入式ARM 2021-07-22 16:47



最近给朋友调试了STM32F407驱动VL53L0的激光测距,安装在机器人上的,遇到一些问题,这里发帖纪录一下。


关于VL53L0的资料和代码在正点原子那里都有,但是正点原子只是驱动了一路VL53L0,很多问题都需要我们自己解决,一路的VL53L0非常简单,随便参考一下例程就能完美解决,但是一旦涉及到多路设备,就会出现一堆问题,最突出最主要的就是多个VL53L0的地址设置,把握不住就会出现只有一路能正常使用的问题。

VL53L0X 简介


VL53L0X 是 ST 公司推出的新一代 ToF 激光测距传感器,采用了第二代 FlightSenseTM技术,利用飞行时间(ToF)原理,通过光子的飞行来回时间与光速的计算,实现测距应用。较比上一代 VL6180X,新的器件将飞行时间测距长度扩展至 2 米,测量速度更快,能效更高。除此之外,为使集成度过程更加快捷方便, ST 公司为此也提供了 VL53L0X 软件 API(应用编程接口)以及完整的技术文档,通过主 IIC 接口,向应用端输出测距的数据,大大降低了开发难度。


VL53L0X 特点包括:


①, 使用 940nm 无红光闪烁激光器,该频段的激光为不可见光,且不危害人眼。
②,系统视野角度(FOV)可达 25 度,传感器的感测有效工作直径扩展到 90 厘米。
③,采用脉冲式测距技术,避免相位式测距检测峰值的误差,利用了相位式检测中除波峰以外的光子。
④,多种精度测量和工作模式的选择。
⑤,测距距离能扩至到 2 米。
⑥, 正常工作模式下功耗仅 20mW,待机功耗只有 5uA。
⑦,高达 400Khz 的 IIC 通信接口。
⑧,超小的封装尺寸:2.4mm × 4.4mm × 1mm。

VL53L0X 工作模式


VL53L0X 传感器提供了 3 种测量模式, Single ranging(单次测量)、 Continuous ranging(连续测量)、以及 Timed ranging(定时测量),下面我们将简单介绍下:


(1) Single ranging(单次测量),在该模式下只触发执行一次测距测量,测量结束后,VL53L0X 传感器会返回待机状态,等待下一次触发。


(2) Continuous ranging(连续测量),在该模式下会以连续的方式执行测距测量。一旦测量结束,下一次测量就会立即启动,用户必须停止测距才能返回到待机状态,最后的一次测量在停止前完成。


(3) Timed ranging(定时测量),在该模式下会以连续的方式执行测距测量。测量结束后,在用户定义的延迟时间之后,才会启动下一次测量。用户必须停止测距才能返回到待机状态,最后的一次测量在停机前完成。根据以上的测量模式, ST 官方提供了 4 种不同的精度模式,如表格所示:




从表格可以看到,针对不同的精度模式,测量时间也是有所区别的,测量时间最快为高速模式,只需 20ms 内就可以采样一次,但精度确存在有±5%的误差范围。而在长距离精度模式下,测距距离能达到 2m,测量时间在 33ms 内,但测量时需在黑暗条件(无红外线)的环境下。所以在实际的应用中,需根据当前的要求去选择合适的精度模式,以达到最佳的测量效果。


以上资料来源于正点原子的《AN1703C ATK-VL53L0X 激光测距模块使用说明》。这里摘录一部分,方便进入主题。


因为今天是调试多路的VL53L0X设备,这里不完全借鉴正点原子的例程,但是官方提供的驱动我们还是必须要用的。

如果想要快速上手,文末直接下载我的代码,我的驱动库经过自己的修改,和正点原子有些不同。


我们直接从代码入手吧!


在初始化VL53L0X之前,我们必须初始化IIC外设,此次遵循正点原子的方法,用模拟IIC。

#ifndef _VL53L0X_I2C_H#define _VL53L0X_I2C_H
#include "stm32f10x.h"#include "stm32f10x_i2c.h"
//四个VL53L0挂载在同一个IIC总线下,所以使用四个片选信号--2019/10/30//!!!!!!!注意:重新使能设备后,设备iic的地址会恢复为默认值0x52--2019/10/30//VL53L0 0#define I2C_SCL_GPIO GPIOB#define I2C_PIN_SCL GPIO_Pin_8#define I2C_SCL_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_SCL_GPIO,I2C_PIN_SCL) #define I2C_SCL_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_SCL_GPIO,I2C_PIN_SCL)
#define I2C_SDA_GPIO GPIOB#define I2C_PIN_SDA GPIO_Pin_9#define I2C_SDA_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA) #define I2C_SDA_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA)#define I2C_SDA_STATE GPIO_ReadInputDataBit(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA)
//片选使能--2019/10/30#define I2C_X_GPIO GPIOB#define I2C_PIN_X0 GPIO_Pin_12#define I2C_X0_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X0) #define I2C_X0_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X0)
#define I2C_PIN_X1 GPIO_Pin_13#define I2C_X1_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X1) #define I2C_X1_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X1)
#define I2C_PIN_X2 GPIO_Pin_14#define I2C_X2_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X2) #define I2C_X2_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X2)
#define I2C_PIN_X3 GPIO_Pin_15#define I2C_X3_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X3) #define I2C_X3_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X3)
void i2c_init(void);uint8_t i2c_write(uint8_t addr, uint8_t reg, uint32_t len, uint8_t * data);uint8_t i2c_read(uint8_t addr, uint8_t reg, uint32_t len, uint8_t *buf);

#endif

void i2c_init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//模拟iic配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_SCL; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(I2C_SCL_GPIO, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_SDA; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; GPIO_Init(I2C_SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);
//片选使能配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X1; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X2; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X3; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
I2C_X0_LOW(); I2C_X1_LOW(); I2C_X2_LOW(); I2C_X3_LOW(); delay_ms(20);}

在模块初始化时调用IIC外设初始化,同时初始化4个测距模块。

VL53L0X_Error vl53l0x_init(void){
VL53L0X_Error Status = VL53L0X_ERROR_NONE; //初始值赋值为0
//初始化一定按照这个顺序执行,否则不成功 VL53L0X_i2c_init(); vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev0,0); vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev1,1); vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev2,2); vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev3,3);
return Status; //返回0}

在vl53l0x_initX()函数便去别去正点原子的驱动,这里是全文的重点,很多单设备发展到多设备这里都会出问题,在初始化设备时一定要设置设备的IIC地址。

//单个VL53L0初始化VL53L0X_Error vl53l0x_initX( VL53L0X_Dev_t *pMyDevice ,u8 vl53l0_x_id){        VL53L0X_Error Status = VL53L0X_ERROR_NONE;   //初始值赋值为0
pMyDevice->I2cDevAddr = 0x52; //iic地址 0x52是默认地址,要初始化必须先写0x52,才能初始化,之后再通过软件修改 pMyDevice->comms_type = 1; //选择IIC还是SPI iic=1;SPI=0 pMyDevice->comms_speed_khz = 400; //iic速率

//正点原子的VL53L0用户手册上写明了再次使能时地址会恢复为0x52,所以只能使能一次,设置好地址即可,这里是核心 switch(vl53l0_x_id) { case 0: I2C_X0_HIGH(); delay_ms(20); vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x60);//设置第一个VL53L0X传感器I2C地址 break; case 1: I2C_X1_HIGH(); delay_ms(20); vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x62);//设置第一个VL53L0X传感器I2C地址 break; case 2: I2C_X2_HIGH(); delay_ms(20); vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x64); break; case 3: I2C_X3_HIGH(); delay_ms(20); vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x66); break; }
Status = VL53L0X_DataInit(pMyDevice); // Data initialization //VL53L0X_DataInit:一次设备的初始化,初始化成功返回0 if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){ //判断如果状态不为0 打印错误信息 print_pal_error(Status); return Status; // 返回错误值 可通过此值DEBUG查找错误位置 }
Status = VL53L0X_GetDeviceInfo(pMyDevice, &vl53l0x_dev_info); //读取给定设备的设备信息 if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){ print_pal_error(Status); return Status; } printf("VL53L0X_GetDeviceInfo:\n"); printf("Device Name : %s\n", vl53l0x_dev_info.Name); //设备名 printf("Device Type : %s\n", vl53l0x_dev_info.Type); //产品类型VL53L0X = 1, VL53L1 = 2 printf("Device ID : %s\n", vl53l0x_dev_info.ProductId); // 设备ID printf("ProductRevisionMajor : %d\n", vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor); printf("ProductRevisionMinor : %d\n", vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor);
if ((vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor != 1) && (vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor != 1)){ printf("Error expected cut 1.1 but found cut %d.%d\n", vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor, vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor); Status = VL53L0X_ERROR_NOT_SUPPORTED; print_pal_error(Status); return Status; }
Status = vl53l0x_measure_init(pMyDevice); //测量配置 vl53l0x_status = Status; if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){ //判断如果不为0打印错误信息 print_pal_error(Status); return Status; } }

模块的初始化顺序是:使用默认地址初始化设备---修改传感器IIC地址---再次初始化---测量配置


所以在这个传感器的初始化中我们先用默认的0X52地址将VL53L0X模块初始化,初始化完成后方可修改其地址,这里使用SWITCH函数判断用户配置的地址,避免函数重写,减小代码尺寸。修改完地址调用VL53L0X_DataInit()函数进行模块的再次初始化,使修改生效。



注意:VL53L0X不能保存地址,如果掉电后地址会恢复为默认的0X52,同时修改完地址后只能执行一次初始化,更多的初始化次数会也会导致地址复位。这在硬件的处理上要加倍注意。



在这里我翻车了,因为硬件不在我的手边,我都是远程帮助调试,没看到硬件,我的朋友一直反应各种问题,最多的就是测距有问题,测出的数据都是错的,或者只有一个传感器可以使用。我检查了很多遍的代码,始终找不到原因,还好他自己也想到了硬件的问题(因为他们硬件干过很多错事,都是一些小白容易犯的,但是那个老员工比较粗心,也会犯错),最后发现是线的质量太差,线的长度太长,IVL53L0X模块安装的位置不好,因为模块安装在可动部件上的,导致每次移动都会导致模块短暂的掉电,导致地址复位。后来加装模块的减震装置更换屏蔽线解决问题。

复位完成便可以测试:



VL53L0X_Error vl53l0x_start_single_test(VL53L0X_Dev_t *pdev, \                            VL53L0X_RangingMeasurementData_t *pdata){        int i=0,j=0,sum=0;    VL53L0X_Error status = VL53L0X_ERROR_NONE;
if(vl53l0x_status != VL53L0X_ERROR_NONE) return vl53l0x_status;
status = VL53L0X_PerformSingleRangingMeasurement(pdev, pdata); ////执行单次测距并获取测距测量数据 if(status != VL53L0X_ERROR_NONE){ printf("error:Call of VL53L0X_PerformSingleRangingMeasurement\n"); return status; }
for(i=0;i<5;i++) sum+=pdata->RangeMilliMeter; pdata->RangeMilliMeter=sum/5; printf("%d\r\n",pdata->RangeMilliMeter); return status;}

打印测试结果,通过!



主函数循环测试,因为项目对代码的速度要求不高,所以一些状态判断代码中还有保留,这里跟着原子走,没做太多改变。


因为这个项目是帮助朋友做的调试,而且他们的项目还在研发期,太多的东西不能介绍,照片啥的都放弃了。一个简短的帖子,希望能帮到大家把握住该模块,蟹蟹!

源文件请点击阅读原文内下载



END

本文由21论坛蓝V作者呐咯密密原创撰写


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