概述

"自主模式"（Autonomous mode）通常指的是設(shè)備或系統(tǒng)能夠在沒(méi)有外部輸入的情況下獨(dú)立完成任務(wù)。對(duì)于傳感器，如VL53L8，自主模式可能意味著傳感器可以獨(dú)立、定期地進(jìn)行測(cè)量，而不需要來(lái)自主控制器或主機(jī)的每一次單獨(dú)指令。

最近在弄ST的課程，需要樣片的可以加群申請(qǐng)：615061293 。

選擇使用自主模式的原因可能包括：
簡(jiǎn)化控制：一旦配置完成，傳感器可以獨(dú)立工作，減少主控制器與傳感器之間的通信需求。
穩(wěn)定的測(cè)量頻率：在自主模式下，傳感器可以以固定的頻率進(jìn)行測(cè)量，從而確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。
減少響應(yīng)延遲：由于傳感器持續(xù)地或定期地進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可能會(huì)更快地準(zhǔn)備好，從而減少了從請(qǐng)求到獲取數(shù)據(jù)的延遲。
主控制器工作量減少：主控制器可以被釋放出來(lái)執(zhí)行其他任務(wù)，而不是持續(xù)地向傳感器發(fā)送測(cè)量命令。
低功耗應(yīng)用：對(duì)于某些傳感器，自主模式可能更加能效，因?yàn)樗梢栽跍y(cè)量之間進(jìn)入低功耗狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)：自主模式允許傳感器在特定條件下執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)，例如當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)特定值時(shí)觸發(fā)警報(bào)。
然而，是否使用自主模式取決于特定的應(yīng)用需求。有些應(yīng)用可能更傾向于連續(xù)模式，其中主控制器更頻繁地與傳感器交互，以獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或更高的控制精度。

視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1Hz42127sb/]

樣品申請(qǐng)

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

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89302046]

自主模式的優(yōu)勢(shì)

● 低功耗： VCSEL只在必要時(shí)開(kāi)啟，降低了功耗，非常適合需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的電池供電設(shè)備。
● 獨(dú)立運(yùn)行： 不需要主機(jī)持續(xù)控制，降低了主機(jī)的處理負(fù)擔(dān)。
● 靈活配置： 用戶(hù)可以根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置測(cè)距頻率和積分時(shí)間，以適應(yīng)不同的使用場(chǎng)景。
自主模式適用于需要低功耗運(yùn)行且不需要主機(jī)持續(xù)監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景，例如智能家居中的用戶(hù)檢測(cè)、物體檢測(cè)和手勢(shì)識(shí)別等。

自主模式與連續(xù)模式區(qū)別

VL53L8CX 傳感器的自主模式 (AUTONOMOUS) 和連續(xù)模式 (CONTINUOUS) 都允許連續(xù)的測(cè)量操作，但它們的工作方式和使用場(chǎng)景略有不同：
連續(xù)模式 (CONTINUOUS):
● 在此模式下，傳感器連續(xù)進(jìn)行測(cè)量，每次測(cè)量后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的結(jié)果。
● 傳感器會(huì)盡可能快地測(cè)量，基于所設(shè)置的時(shí)間預(yù)算。
● 主機(jī)通常需要周期性地從傳感器中讀取數(shù)據(jù)。
● 適用于需要高更新率或?qū)崟r(shí)響應(yīng)的應(yīng)用。
自主模式 (AUTONOMOUS):
● 傳感器獨(dú)立地進(jìn)行測(cè)量，而無(wú)需主機(jī)的常規(guī)干預(yù)。
● 主機(jī)可以進(jìn)入低功耗休眠模式，而傳感器仍然獨(dú)立地執(zhí)行測(cè)量。當(dāng)傳感器完成測(cè)量時(shí)，它可以通過(guò)中斷喚醒主機(jī)，通知它讀取數(shù)據(jù)。
● 這種模式特別適用于低功耗應(yīng)用，因?yàn)榇蟛糠謺r(shí)間主機(jī)可以處于休眠狀態(tài)。
● 這種模式可能與設(shè)置的測(cè)量頻率或時(shí)間間隔一起使用，以確定傳感器執(zhí)行測(cè)量的頻率。
總的來(lái)說(shuō)，選擇哪種模式取決于應(yīng)用的需求。如果需要實(shí)時(shí)的高更新率數(shù)據(jù)，則連續(xù)模式可能更合適；而對(duì)于低功耗或不需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，自主模式可能是更好的選擇。
根據(jù)應(yīng)用需求，如果需要低功耗且可以接受較低的測(cè)距頻率，建議選擇自主模式；如果需要高頻率、實(shí)時(shí)的測(cè)距數(shù)據(jù)且不考慮功耗，建議選擇連續(xù)模式。

硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一個(gè)開(kāi)發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是自己繪制的開(kāi)發(fā)板，需要的可以進(jìn)行申請(qǐng)。 主控為STM32G431CB，TOF為VL53L8CX

生成STM32CUBEMX

選擇MCU

測(cè)試版所用的MCU為STM32G431CB。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設(shè)置為開(kāi)發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個(gè)應(yīng)用中，VL53L8CX模塊通過(guò)I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來(lái)說(shuō)，VL53L8CX模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個(gè)IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

LPn 設(shè)置

若進(jìn)行IIC通訊，LPn設(shè)置為高電平狀態(tài)。

這里對(duì)應(yīng)管腳為PA12。

配置為PA12。

INT設(shè)置

自主模式可以通過(guò)獲取INT管腳進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。

配置PA11為輸入模式。

X-CUBE-TOF1

本節(jié)介紹在不需要使用樣例應(yīng)用時(shí)如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項(xiàng)目中。有了這樣的設(shè)置，就只配置了驅(qū)動(dòng)層。

串口重定向

打開(kāi)魔術(shù)棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會(huì)出現(xiàn) identifier "FILE" is undefined報(bào)錯(cuò)。

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

函數(shù)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 */

代碼配置

在custom_ranging_sensor.c代碼中，有IO口驅(qū)動(dòng)VL53L8CX進(jìn)行復(fù)位的代碼，由于沒(méi)有配置對(duì)應(yīng)的IO，所以需要注釋掉。

TOF代碼配置

在main.c中添加刷新速率，500ms刷新一次，所以頻率為2Hz。

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

#define TIMING_BUDGET (500U) /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */
#define RANGING_FREQUENCY (2U) /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */
#define POLLING_PERIOD (1000U/RANGING_FREQUENCY) /* refresh rate for polling mode (milliseconds) */

/* USER CODE END Includes */

函數(shù)與變量定義：

/* USER CODE BEGIN PFP */

int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

static uint8_t map_target_status(uint8_t status);
//將從VL53L8CX傳感器獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
static int32_t convert_data_format(VL53L8CX_Object_t *pObj,VL53L8CX_ResultsData *data, RANGING_SENSOR_Result_t *pResult);
//打印數(shù)據(jù)
static void print_result(RANGING_SENSOR_Result_t *Result);
static RANGING_SENSOR_ProfileConfig_t Profile;
static int32_t status = 0;
static RANGING_SENSOR_Result_t Result;
/* USER CODE END PFP */

添加TOF初始化。 若需要為8*8，修改對(duì)應(yīng)vl53l8cx_set_resolution參數(shù)即可。 其中vl53l8cx_set_integration_time_ms和vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz加載了對(duì)應(yīng)的刷新速率。

/* USER CODE BEGIN 2 */

  /*********************************/
  /*  Set ranging mode autonomous  */
  /*********************************/
  VL53L8CX_Object_t *pL8obj = CUSTOM_RANGING_CompObj[CUSTOM_VL53L8CX];
  static VL53L8CX_ResultsData data;
  uint8_t NewDataReady = 0;

  // 設(shè)置測(cè)距的配置文件為 4x4 的自主測(cè)量模式
  Profile.RangingProfile = RS_PROFILE_4x4_AUTONOMOUS;

  // 設(shè)置測(cè)量的時(shí)間預(yù)算，這通常決定了測(cè)量的速度和準(zhǔn)確度
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */

  // 設(shè)置測(cè)量的頻率，這決定了傳感器執(zhí)行測(cè)量的速率
  Profile.Frequency = RANGING_FREQUENCY; /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */

  // 確定是否啟用環(huán)境光測(cè)量，0為禁用，1為啟用
  Profile.EnableAmbient = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  // 確定是否啟用信號(hào)測(cè)量，0為禁用，1為啟用
  Profile.EnableSignal = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  pL8obj- >IsAmbientEnabled = Profile.EnableAmbient;
  pL8obj- >IsSignalEnabled = Profile.EnableSignal;

  /*
     use case VL53L8CX_PROFILE_4x4_CONTINUOUS:
  */
    // 設(shè)置傳感器的測(cè)量分辨率為 4x4
  status = vl53l8cx_set_resolution(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RESOLUTION_4X4);
    // 設(shè)置傳感器的測(cè)量模式為自主模式
  status |= vl53l8cx_set_ranging_mode(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RANGING_MODE_AUTONOMOUS);
    // 設(shè)置傳感器的集成時(shí)間，這通常關(guān)聯(lián)到測(cè)量的時(shí)間預(yù)算
    status |= vl53l8cx_set_integration_time_ms(&(pL8obj- >Dev), TIMING_BUDGET);
    // 設(shè)置傳感器的測(cè)量頻率，決定了傳感器執(zhí)行測(cè)量的速率
    status |= vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz(&(pL8obj- >Dev), RANGING_FREQUENCY);

  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("ERROR : Configuration programming error!nn");
    while (1);
  }

  status = vl53l8cx_start_ranging(&(pL8obj- >Dev));
  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("vl53l8cx_start_ranging failedn");
    while (1);
  }
  /* USER CODE END 2 */

積分時(shí)間/曝光時(shí)間（Integration time）

積分時(shí)間是一項(xiàng)僅在使用自主測(cè)距模式時(shí)可用的功能（請(qǐng)參閱第 4.5 節(jié)測(cè)距模式）。 它允許用戶(hù)在啟用 VCSEL 時(shí)更改時(shí)間。 如果測(cè)距模式設(shè)置為連續(xù)，則更改積分時(shí)間無(wú)效。 默認(rèn)積分時(shí)間設(shè)置為 5 ms。
對(duì)于 4x4 和 8x8 分辨率，積分時(shí)間的影響是不同的。 分辨率 4x4 由一個(gè)積分時(shí)間組成，8x8 分辨率由四個(gè)積分時(shí)間組成。 下圖表示兩種分辨率的 VCSEL 發(fā)射。

所有積分時(shí)間之和 + 1 ms 開(kāi)銷(xiāo)必須低于測(cè)量周期，否則測(cè)距周期將自動(dòng)增加。

主程序

主程序來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的INT位狀態(tài)來(lái)判定數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    /* polling mode */
    if(HAL_GPIO_ReadPin  ( GPIOA, GPIO_PIN_11) ==0)        
    {
        do {
    (void)vl53l8cx_check_data_ready(&(pL8obj- >Dev), &NewDataReady);
    } while (!NewDataReady);

    if (NewDataReady != 0)
    {
      status = vl53l8cx_get_ranging_data(&(pL8obj- >Dev), &data);

      if (status == VL53L8CX_STATUS_OK)
      {
        /*
         Convert the data format to Result format.
         Note that you can print directly from data format
        */
        if (convert_data_format(pL8obj, &data, &Result) < 0)
        {
          printf("convert_data_format failedn");
          while (1);
        }
        print_result(&Result);
                }
            }        
        }        
    /* USER CODE END WHILE */

//  MX_TOF_Process();
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示結(jié)果

當(dāng)分辨率為4*4時(shí)候，需要積分1次，設(shè)置的積分時(shí)間為500ms，那么對(duì)應(yīng)的頻率應(yīng)該是2Hz。

當(dāng)分辨率為8*8時(shí)候，需要積分4次，設(shè)置的積分時(shí)間為500ms，那么對(duì)應(yīng)的頻率應(yīng)該是0.5Hz。

配置完成侯可以在Tera Term下查看結(jié)果，如下是8*8的顯示。

審核編輯 黃宇