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

【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的能源设施应用方案 【TI资料】基于新型C29内核的MCU技术资料

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;}