概述

VL6180X是基于ST FlightSense?專利技術的最新產品。作為一項突破性技術，它實現了獨立于目標反射率的絕對距離測量。傳統的測量方法通過測量反射光的光量來估算距離，然而這種方法存在一個主要缺點，即被測物體的顏色和表面特性對測量精度產生很大影響。VL6180X采用了一種全新的方法，它精確測量了光線從傳感器照射到最近物體，并在反射回傳感器所需的時間（即飛行時間），從而準確計算出兩者之間的距離。

VL6180X模塊集成了一個紅外發射器、一個紅外傳感器和一個環境光傳感器，全部封裝在一個便于集成的三合一回流焊封裝中。這種設計使終端產品制造商能夠減少光學和機械設計的優化過程，并降低相關成本。 該模塊具備低功耗操作的特點。測距和環境光感應（ALS）測量可以在用戶定義的時間間隔內自動執行。此外，它支持多種門限和中斷方案，以最大程度地減少主機操作的需要。 主機控制和結果讀取是通過I2C接口實現的，方便快捷。此外，VL6180X還提供兩個可編程的GPIO引腳，用于可選的附加功能，例如測量準備和門限中斷。 通過以上的優化和擴寫，文案更加詳細地描述了VL6180X模塊的工作原理、集成設計的優勢以及支持的功能和接口。這些信息可以幫助讀者更好地了解該模塊的特性和應用價值。 最近在弄ST和瑞薩RA的課程，需要樣片的可以加群申請：6_15061293 。

視頻教程

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樣品申請

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完整代碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/87945855]

所有功能

• 三合一智能光學模塊
  • 接近傳感器
  • 環境光傳感器
  • VCSEL光源
• 快速，精確測距
  • 絕對測量范圍從0到超過10 cm（10cm以上的測距取決于具體情況）
  • 不受目標反射率影響
  • 環境光抑制
  • 蓋片的串擾補償
• 蓋片的串擾補償
  • 主機系統可以用距離和信號電平實現手勢識別
  • 可用演示系統：P-NUCLEO-6180X1 評估板
• 環境光傳感器
  • 高動態范圍
  • 精確/超低光敏感
  • 校準輸出值（以勒克斯為單位）
• 方便集成
  • 單回流焊元件
  • 無附加光學元件
  • 單電源
  • 用于器件控制和數據的I2C接口
  • 提供一個文檔化的C可移植 API（應用程序接口）
• 兩個可編程GPIO
  • 測距和ALS的窗口和門限功能

技術規范

該模塊的供電要求為2.8V，適合于低電壓應用場景。它通過I2C接口進行主機控制和數據通信，方便與其他設備的集成。支持最大快速模式速率，達到400k，確保高效的數據傳輸。 此外，VL6180X模塊具備出色的光照強度檢測能力，覆蓋了廣泛的光照強度范圍。從微弱的1 Lux到高達100 kLux的光照強度，該模塊能夠準確測量環境的光照水平。這使得它在需要實時監測光照條件的應用中非常有用，例如室內照明控制、自動調節顯示亮度等。 最后，VL6180X模塊具有一個默認地址為0x29的設備地址，這樣在多個I2C設備共享同一總線時，可以輕松管理和區分不同的模塊。

接口

vl6180模塊接口的示意圖如下所示。

接口說明

最小系統圖

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32G030C8。 配置時鐘樹，配置時鐘為64M。

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，VL6180模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL6180模塊的I2C引腳連接到主控器的PB6（引腳B6）和PB7（引腳B7）兩個IO口。 這種連接方式確保了模塊與主控器之間的可靠數據傳輸和通信。PB6作為I2C總線的串行數據線（SDA），負責數據的傳輸和接收。而PB7則充當I2C總線的串行時鐘線（SCL），用于同步數據傳輸的時序。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

串口重定向

打開魔術棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會出現 identifier "FILE" is undefined報錯。

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

函數聲明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END PFP */

模塊片選

根據提供的表格信息，我們可以得知VL6180模塊的GPIO0/CE引腳用作片選腳（Chip Enable），在需要使用該功能時，需要給該引腳一個高電平信號。 確保在使用GPIO0/CE引腳時，正確設置引腳的電平狀態，并按照VL6180模塊的規格和要求進行相應的配置和操作。這將確保模塊按照預期工作，并滿足特定的功能需求。

下面為模塊啟動時序圖。

模塊地址

VL6180模塊的默認設備地址為0x29。設備地址是用來識別和通信特定設備的標識符。通過將VL6180模塊的設備地址設置為0x29，您可以確保與該模塊進行正常的通信和控制。

雖然VL6180模塊的默認設備地址為0x29，但可以通過使用I2C_SLAVE__DEVICE_ADDRESS {0x212}來修改模塊的設備地址。 通過修改設備地址，可以為VL6180模塊指定一個與默認地址不同的唯一地址。這種靈活性使您能夠在同一I2C總線上連接多個VL6180X模塊或與其他設備進行通信，而無需擔心地址沖突的問題。

讀寫位

在I2C總線上，由于可能連接多個設備，主設備在傳輸有效數據之前需要指定從設備的地址。大多數從設備使用7位地址，而一些設備支持10位地址尋址。主設備在需要發送或接收數據時，首先發送所需從設備的地址，并匹配總線上掛載的從設備的地址。然后，主設備可以將數據發送到SDA數據線上。 緊隨地址的第8位是數據方向位（R/W），其中'0'表示發送（寫入），'1'表示請求數據（讀取）。 對于VL6180模塊，默認的7位地址是0x29（二進制為010 1001），加上寫位后為0x52（二進制為0101 0010），加上讀位后為0x53（二進制為0101 0011）。 這意味著當主設備與VL6180模塊進行通信時，要發送0x52地址字節進行寫操作，或發送0x53地址字節進行讀取操作。

extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void VL6180X_WriteByte(uint8_t add,uint16_t reg,uint8_t data)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,(add< < 1)|0,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&data,1,0xffff);

}
void VL6180X_WriteByte_16Bit(uint8_t add,uint16_t reg,uint16_t data)
{
    uint8_t data2[2]={0,0};
    data2[0]=data > >8;
    data2[1]=data;
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,(add< < 1)|0,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,data2,2,0xffff);

}

uint8_t VL6180X_ReadByte(uint8_t add,uint16_t reg)
{
    uint8_t data=0;
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1 ,(add< < 1)|1,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&data,1,0xffff);
    return data;
}


uint16_t VL6180X_ReadBytee_16Bit(uint8_t add,uint16_t reg)
{
    uint16_t data=0;
    uint8_t data2[2];
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1 ,(add< < 1)|1,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,data2,2,0xffff);
    data=data2[0];
    data=data< < 8;
    data+=data2[1];

    return data;



}

模塊寄存器

對于VL6180，模塊寄存器的地址是16位的，不是8位的。VL6180模塊使用16位的寄存器地址來訪問和配置各種功能和參數。這種擴展的地址空間提供了更大的靈活性和更多的寄存器選項，以滿足不同的應用需求。 在與VL6180模塊進行通信時，主設備需要發送16位的寄存器地址，以指定所需的操作和寄存器位置。這樣可以確保主設備與模塊之間的正確數據交換和通信。

所以對于vl6180模塊，讀寫代碼如下所示。

void VL6180X_WriteByte(uint8_t add,uint16_t reg,uint8_t data)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,(add< < 1)|0,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&data,1,0xffff);

}
void VL6180X_WriteByte_16Bit(uint8_t add,uint16_t reg,uint16_t data)
{
    uint8_t data2[2]={0,0};
    data2[0]=data > >8;
    data2[1]=data;
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,(add< < 1)|0,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,data2,2,0xffff);

}


uint8_t VL6180X_ReadByte(uint8_t add,uint16_t reg)
{
    uint8_t data=0;
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1 ,(add< < 1)|1,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&data,1,0xffff);
    return data;
}




uint16_t VL6180X_ReadBytee_16Bit(uint8_t add,uint16_t reg)
{
    uint16_t data=0;
    uint8_t data2[2];
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1 ,(add< < 1)|1,reg,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,data2,2,0xffff);
    data=data2[0];
    data=data< < 8;
    data+=data2[1];

    return data;



}

初始化

首先需要檢查寄存器SYSTEM__FRESH_OUT_OF_RESET {0x16}是否為0x01.

可以通過讀取SYSTEM__FRESH_OUT_OF_RESET {0x16}進行判斷設備是否準備好，之后進行6180初始化。 初始化如下所示。

uint8_t ptp_offset;
uint8_t VL6180X_Init(uint8_t add)
{
    ptp_offset=VL6180X_ReadByte(add,VL6180X_REG_SYSTEM_FRESH_OUT_OF_RESET);
    printf("ptp_offset=%dn",ptp_offset);
//    if(VL6180X_Read_ID(add) == VL6180X_DEFAULT_ID)
    if(ptp_offset==0x01)
    {    
        VL6180X_WriteByte(add,0x0207, 0x01);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0208, 0x01);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0096, 0x00);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0097, 0xfd);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00e3, 0x00);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00e4, 0x04);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00e5, 0x02);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00e6, 0x01);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00e7, 0x03);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00f5, 0x02);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00d9, 0x05);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00db, 0xce);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00dc, 0x03);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00dd, 0xf8);
        VL6180X_WriteByte(add,0x009f, 0x00);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00a3, 0x3c);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00b7, 0x00);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00bb, 0x3c);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00b2, 0x09);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00ca, 0x09);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0198, 0x01);
        VL6180X_WriteByte(add,0x01b0, 0x17);
        VL6180X_WriteByte(add,0x01ad, 0x00);
        VL6180X_WriteByte(add,0x00ff, 0x05);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0100, 0x05);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0199, 0x05);
        VL6180X_WriteByte(add,0x01a6, 0x1b);
        VL6180X_WriteByte(add,0x01ac, 0x3e);
        VL6180X_WriteByte(add,0x01a7, 0x1f);
        VL6180X_WriteByte(add,0x0030, 0x00);

        // Recommended : Public registers - See data sheet for more detail
        VL6180X_WriteByte(add,0x0011, 0x10);       // Enables polling for 'New Sample ready'
                                    // when measurement completes
        VL6180X_WriteByte(add,0x010a, 0x30);       // Set the averaging sample period
                                    // (compromise between lower noise and
                                    // increased execution time)
        VL6180X_WriteByte(add,0x003f, 0x46);       // Sets the light and dark gain (upper
                                    // nibble). Dark gain should not be
                                    // changed. !上半字節要寫入0x4    默認增益是1.0
        VL6180X_WriteByte(add,0x0031, 0xFF);       // sets the # of range measurements after
                                    // which auto calibration of system is
                                    // performed
        VL6180X_WriteByte(add,0x0041, 0x63);       // Set ALS integration time to 100ms
        VL6180X_WriteByte(add,0x002e, 0x01);       // perform a single temperature calibration
                                    // of the ranging sensor

        // Optional: Public registers - See data sheet for more detail
        VL6180X_WriteByte(add,0x001b, 0x09);    //測量間隔    輪詢模式
                                    // period to 100ms    每步10ms- >0-10ms
        VL6180X_WriteByte(add,0x003e, 0x31);      //測量周期    ALS模式
                                    // to 500ms        
        VL6180X_WriteByte(add,0x0014, 0x24);       // Configures interrupt on 'New Sample
                                    // Ready threshold event'


//VL6180X_WriteByte(add,VL6180X_REG_SYSTEM_FRESH_OUT_OF_RESET, 0x00); //不發送00那么讀出來的數值就是01

        return 0;
    }
    else return 1;
}

設備標識號

查詢設備號可以通過0x000指令進行查詢，返回值一般為0xB4。

uint8_t VL6180X_Read_ID(uint8_t add)
{
    return VL6180X_ReadByte(add,VL6180X_REG_IDENTIFICATION_MODEL_ID);
}

單次讀取距離長度

在VL6180模塊中，可以使用單次讀取或多次讀取的方式來獲取所需的數據。在這里，我們將使用單次讀取的方式來讀取數據。下圖中紅色框內的部分展示了單次讀取的操作方式。 單次讀取是一種簡單而常用的讀取數據的方法。它涉及到向VL6180模塊發送一個讀取命令，并從模塊的寄存器中讀取所需的數據。 圖示中的紅色框內部所示的讀取操作方式可以作為參考，幫助理解和實施單次讀取操作。

由上圖可以得知，讀取的寄存器地址為0x062，0x062寄存器的說明如下所示，單位為mm。

代碼如下所示。

uint8_t VL6180X_Read_Range(uint8_t add)
{
    uint8_t range = 0;
    //等待設備準備好進行量程測量
    while(!(VL6180X_ReadByte(add,VL6180X_REG_RESULT_RANGE_STATUS) & 0x01));//VL6180X_REG_RESULT_RANGE_STATUS，0x0d， 自檢0x01連續性測試
    //開始量程測量
    VL6180X_WriteByte(add,VL6180X_REG_SYSRANGE_START,0x01);//VL6180X_REG_SYSRANGE_START,0x018,開啟測距，0x01，單次模
    //輪詢到第2位被設置
    while(!(VL6180X_ReadByte(add,VL6180X_REG_RESULT_INTERRUPT_STATUS_GPIO) & 0x04));//VL6180X_REG_RESULT_INTERRUPT_STATUS_GPIO,中斷等待，0x04，數據等待完畢
    //讀數范圍(毫米)
    range = VL6180X_ReadByte(add,VL6180X_REG_RESULT_RANGE_VAL);//RESULT__RANGE_VAL,0x062,顯示檢測長度
    //清除中斷
    VL6180X_WriteByte(add,VL6180X_REG_SYSTEM_INTERRUPT_CLEAR,0x07);//VL6180X_REG_SYSTEM_INTERRUPT_CLEAR,0x015,清除狀態位
    return range;
}

測試結果

測試結果如下所示。

審核編輯：湯梓紅