概述

"自主模式"（Autonomous mode）通常指的是設備或系統能夠在沒有外部輸入的情況下獨立完成任務。對于傳感器，如VL53L8，自主模式可能意味著傳感器可以獨立、定期地進行測量，而不需要來自主控制器或主機的每一次單獨指令。

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選擇使用自主模式的原因可能包括：
簡化控制：一旦配置完成，傳感器可以獨立工作，減少主控制器與傳感器之間的通信需求。
穩定的測量頻率：在自主模式下，傳感器可以以固定的頻率進行測量，從而確保數據的穩定性和連續性。
減少響應延遲：由于傳感器持續地或定期地進行測量，數據可能會更快地準備好，從而減少了從請求到獲取數據的延遲。
主控制器工作量減少：主控制器可以被釋放出來執行其他任務，而不是持續地向傳感器發送測量命令。
低功耗應用：對于某些傳感器，自主模式可能更加能效，因為它可以在測量之間進入低功耗狀態。
實現預定任務：自主模式允許傳感器在特定條件下執行預定的任務，例如當檢測到某個特定值時觸發警報。
然而，是否使用自主模式取決于特定的應用需求。有些應用可能更傾向于連續模式，其中主控制器更頻繁地與傳感器交互，以獲得實時數據或更高的控制精度。

視頻教學

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

樣品申請

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

源碼下載

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

自主模式的優勢

● 低功耗： VCSEL只在必要時開啟，降低了功耗，非常適合需要長時間運行的電池供電設備。
● 獨立運行： 不需要主機持續控制，降低了主機的處理負擔。
● 靈活配置： 用戶可以根據應用需求設置測距頻率和積分時間，以適應不同的使用場景。
自主模式適用于需要低功耗運行且不需要主機持續監控的應用場景，例如智能家居中的用戶檢測、物體檢測和手勢識別等。

自主模式與連續模式區別

VL53L8CX 傳感器的自主模式 (AUTONOMOUS) 和連續模式 (CONTINUOUS) 都允許連續的測量操作，但它們的工作方式和使用場景略有不同：
連續模式 (CONTINUOUS):
● 在此模式下，傳感器連續進行測量，每次測量后，就會產生一個新的結果。
● 傳感器會盡可能快地測量，基于所設置的時間預算。
● 主機通常需要周期性地從傳感器中讀取數據。
● 適用于需要高更新率或實時響應的應用。
自主模式 (AUTONOMOUS):
● 傳感器獨立地進行測量，而無需主機的常規干預。
● 主機可以進入低功耗休眠模式，而傳感器仍然獨立地執行測量。當傳感器完成測量時，它可以通過中斷喚醒主機，通知它讀取數據。
● 這種模式特別適用于低功耗應用，因為大部分時間主機可以處于休眠狀態。
● 這種模式可能與設置的測量頻率或時間間隔一起使用，以確定傳感器執行測量的頻率。
總的來說，選擇哪種模式取決于應用的需求。如果需要實時的高更新率數據，則連續模式可能更合適；而對于低功耗或不需要實時數據的應用，自主模式可能是更好的選擇。
根據應用需求，如果需要低功耗且可以接受較低的測距頻率，建議選擇自主模式；如果需要高頻率、實時的測距數據且不考慮功耗，建議選擇連續模式。

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。 主控為STM32G431CB，TOF為VL53L8CX

生成STM32CUBEMX

選擇MCU

測試版所用的MCU為STM32G431CB。

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，VL53L8CX模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL53L8CX模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

LPn 設置

若進行IIC通訊，LPn設置為高電平狀態。

這里對應管腳為PA12。

配置為PA12。

INT設置

自主模式可以通過獲取INT管腳進行判斷數據是否準備好。

配置PA11為輸入模式。

X-CUBE-TOF1

本節介紹在不需要使用樣例應用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設置，就只配置了驅動層。

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 */

代碼配置

在custom_ranging_sensor.c代碼中，有IO口驅動VL53L8CX進行復位的代碼，由于沒有配置對應的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傳感器獲取的數據轉換
static int32_t convert_data_format(VL53L8CX_Object_t *pObj,VL53L8CX_ResultsData *data, RANGING_SENSOR_Result_t *pResult);
//打印數據
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，修改對應vl53l8cx_set_resolution參數即可。 其中vl53l8cx_set_integration_time_ms和vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz加載了對應的刷新速率。

/* 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;

  // 設置測距的配置文件為 4x4 的自主測量模式
  Profile.RangingProfile = RS_PROFILE_4x4_AUTONOMOUS;

  // 設置測量的時間預算，這通常決定了測量的速度和準確度
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */

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

  // 確定是否啟用環境光測量，0為禁用，1為啟用
  Profile.EnableAmbient = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  // 確定是否啟用信號測量，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:
  */
    // 設置傳感器的測量分辨率為 4x4
  status = vl53l8cx_set_resolution(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RESOLUTION_4X4);
    // 設置傳感器的測量模式為自主模式
  status |= vl53l8cx_set_ranging_mode(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RANGING_MODE_AUTONOMOUS);
    // 設置傳感器的集成時間，這通常關聯到測量的時間預算
    status |= vl53l8cx_set_integration_time_ms(&(pL8obj- >Dev), TIMING_BUDGET);
    // 設置傳感器的測量頻率，決定了傳感器執行測量的速率
    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 */

積分時間/曝光時間（Integration time）

積分時間是一項僅在使用自主測距模式時可用的功能（請參閱第 4.5 節測距模式）。 它允許用戶在啟用 VCSEL 時更改時間。 如果測距模式設置為連續，則更改積分時間無效。 默認積分時間設置為 5 ms。
對于 4x4 和 8x8 分辨率，積分時間的影響是不同的。 分辨率 4x4 由一個積分時間組成，8x8 分辨率由四個積分時間組成。 下圖表示兩種分辨率的 VCSEL 發射。

所有積分時間之和 + 1 ms 開銷必須低于測量周期，否則測距周期將自動增加。

主程序

主程序來獲取對應的INT位狀態來判定數據是否準備好。

/* 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 */

演示結果

當分辨率為4*4時候，需要積分1次，設置的積分時間為500ms，那么對應的頻率應該是2Hz。

當分辨率為8*8時候，需要積分4次，設置的積分時間為500ms，那么對應的頻率應該是0.5Hz。

配置完成侯可以在Tera Term下查看結果，如下是8*8的顯示。

審核編輯 黃宇