初学者
10 分钟

使用TMF8806-1A和PIC32MZ1024EFH064测量20至500厘米范围内的距离

精准的飞行时间(TOF)距离测量解决方案

LightRanger 13 Click with PIC32MZ clicker

已发布 2月 04, 2025

点击板

LightRanger 13 Click

开发板

PIC32MZ clicker

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ1024EFH064

使用先进的飞行时间(TOF)技术精确且可靠地测量距离,非常适合机器人、自动化和智能家电应用

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LightRanger 13 Click 基于 ams OSRAM 的 TMF8806-1A,这是一款用于各种应用的精确距离测量的飞行时间(TOF)传感器。该传感器采用业内最小的模块化封装之一,集成了符合 Class 1 眼部安全标准的 940nm VCSEL。通过单光子雪崩二极管(SPAD)技术、快速时间数字转换器(TDC)架构和片上直方图处理,TMF8806-1A 能够在 1cm 至 500cm 的检测范围内实现高精度距离测量,即使在复杂的环境中也能表现出色。该 Click 板非常适用于需要高分辨率距离感应的工业、商业和住宅场景,如机器人技术、家居和建筑自动化、投影和显示系统、工厂自动化、门禁控制、安全系统以及智能家电。传感器的 dTOF 技术与其高灵敏度的 SPAD 检测相结合,提供了卓越的信噪比和宽动态范围,确保了在弱光和强阳光条件下的可靠性能。其快速的亚纳秒光脉冲能

力和 30Hz 的感测速率使其能够快速而精确地进行距离检测,非常适合动态应用。TMF8806-1A 配备内置的校准、污垢和污渍清除以及串扰补偿机制,确保了长期的一致精度。此外,其集成的眼部安全电路在出现故障时会停止 VCSEL 驱动器,从而提高操作安全性。该 Click 板采用了一种支持 MIKROE 全新引入的 "Click Snap" 功能的独特设计。与标准化版本的 Click 板不同,此功能允许通过折断 PCB 使主要 IC 区域变得可移动,打开了许多新的实现可能性。借助 Snap 功能,TMF8806-1A 可以通过访问标有 1-8 的引脚信号独立运行。此外,Snap 部分还包括一个指定的固定螺丝孔位置,使用户能够将 Snap 板固定在其所需位置。LightRanger 13 Click 通过 I2C 接口与主 MCU 通信,支持最高 1MHz 的时钟频率以实现快速数据交换。除标准接口引脚外,该板还配备了 EN 引脚,该

引脚用作设备启用引脚。当此引脚设置为高电平时,设备将通电;设置为低电平时,传感器将进入关机模式,在此模式下,所有存储器内容都会被清除。该板还包括一个 INT 引脚,该引脚配置为开漏中断输出,当测距测量可用时向主 MCU 发出信号,确保数据的及时处理。此外,板的 Snap 部分包含一个 GPIO0 SEL 跳线,用于选择 TMF8806-1A 的 I/O 电源电压。将跳线设置为 VCC 位置时,可启用 3.3V 或更低的电源(如 1.8V);将其设置为 GND 位置时,可提供更低的 I/O 电源电压(1.2V)。启动后,GPIO0 引脚可作为通用 GPIO 输出信号,通过板背面的 GPIO1 测试点访问。该 Click 板只能在 3.3V 逻辑电压下运行。在使用其他逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它还配备了包含功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

LightRanger 13 Click hardware overview image

功能概述

开发板

PIC32MZ Clicker 是一款紧凑型入门开发板,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位带有浮点单元的 Microchip PIC32MZ 微控制器,一个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,一个 mikroProg 连接器,以及一个用于与外部电子设备接口的头部。得益于其紧凑的设计和清晰易识别的丝网标记,它提供了流畅且沉浸式的工作体验,允许在任

何情况下、任何地方都能访问。PIC32MZ Clicker 开 发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。除了可以选择 PIC32MZ Clicker 的编程方式,使用 USB HID mikroBootloader 或通过外部 mikroProg 连接器为 PIC,dsPIC 或 PIC32 编程外,Clicker 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。USB Micro-B 连接可以提供多达 500mA 的电流,这足以操作所有板载和附加模块。所有 

mikroBUS™ 本身支持的通信方法都在这块板上,包 括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、重置按钮以及若干按钮和 LED 指示灯。PIC32MZ Clicker 是 Mikroe 生态系统的一个组成部分,允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作的许多方面。

PIC32MZ clicker double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Microchip

引脚数

64

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
RG9
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Device Enable
RB3
PWM
Interrupt
RB5
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RD10
SCL
I2C Data
RD9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LightRanger 13 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

PIC32MZ clicker front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以PIC32MZ clicker作为您的开发板开始。

PIC32MZ clicker front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Micro B Connector Clicker Access - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

LightRanger 13 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
此应用演示了使用 LightRanger 13 Click 进行距离测量和监控的功能。

关键功能:

  • lightranger13_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • lightranger13_init - 初始化函数。

  • lightranger13_default_cfg - Click 默认配置函数。

  • lightranger13_set_threshold - 设置阈值水平和中断持续性

  • lightranger13_start_measurement - 启动测量功能(使用上下文对象中的配置、出厂校准和状态数据)。

  • lightranger13_read_result - 读取测量结果的函数。

应用初始化
初始化日志记录器和 LightRanger 13 Click,加载默认配置,显示设备信息,执行出厂校准(如果启用),并设置距离测量的阈值(1mm 至 1000mm)以及持续性(连续 5 次)以确保可靠读数。然后启动测量过程。

应用任务
等待数据就绪中断信号,指示新的测量数据可用。在接收到信号后,从传感器读取距离和温度数据,并通过 USB UART 记录这些值。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief LightRanger 13 Click example
 *
 * # Description
 * This application demonstrates the usage of the LightRanger 13 Click for distance
 * measurement and monitoring.
 *
 * The demo application is composed of two sections:
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger and LightRanger 13 Click with default configuration,
 * displays device information, performs factory calibration (if enabled), and sets up
 * distance measurement thresholds (1mm-1000mm) with persistence (5 consecutive times)
 * to ensure reliable readings. It then starts the measurement process.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for the data ready interrupt signal, indicating a new measurement is available.
 * Upon receiving the signal, it reads the distance and temperature data from the sensor
 * and logs the values to USB UART.
 *
 * @note
 * The factory calibration step can be enabled or disabled by commenting/uncommenting
 * the `FACTORY_CALIBRATION_DISABLE` macro.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "lightranger13.h"

// Comment out the line below to enable factory calibration
#define FACTORY_CALIBRATION_DISABLE

static lightranger13_t lightranger13;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    lightranger13_cfg_t lightranger13_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    lightranger13_cfg_setup( &lightranger13_cfg );
    LIGHTRANGER13_MAP_MIKROBUS( lightranger13_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == lightranger13_init( &lightranger13, &lightranger13_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( LIGHTRANGER13_ERROR == lightranger13_default_cfg ( &lightranger13 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "--- DEVICE INFO ---\r\n" );
    log_printf( &logger, " App version: %u.%u.%u.%u\r\n",
                ( uint16_t ) lightranger13.info.app_ver[ 0 ], 
                ( uint16_t ) lightranger13.info.app_ver[ 1 ], 
                ( uint16_t ) lightranger13.info.app_ver[ 2 ], 
                ( uint16_t ) lightranger13.info.app_ver[ 3 ] );
    log_printf( &logger, " Chip version: %u.%u\r\n",
                ( uint16_t ) lightranger13.info.chip_ver[ 0 ], 
                ( uint16_t ) lightranger13.info.chip_ver[ 1 ] );
    log_printf( &logger, " Serial number: %.8LX\r\n\n", lightranger13.info.serial_num );
    Delay_ms ( 1000 );

#ifndef FACTORY_CALIBRATION_DISABLE
    log_printf( &logger, "--- FACTORY CALIBRATION ---\r\n" );
    log_printf( &logger, " Calibration environment:\r\n" );
    log_printf( &logger, " - Device has to be in the final (correct) optical stack\r\n" );
    Delay_ms ( 10 );
    log_printf( &logger, " - Cover glass (no smudge on the glass) in front of the device\r\n" );
    log_printf( &logger, " - No target in front of the device within 40cm\r\n" );
    log_printf( &logger, " - Dark room or low ambient light\r\n" );
    log_printf( &logger, " Performing factory calibration in 5 seconds...\r\n" );
    for ( uint8_t cnt = 5; cnt > 0; cnt-- )
    {
        log_printf( &logger, " %u\r\n", ( uint16_t ) cnt );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    if ( LIGHTRANGER13_ERROR == lightranger13_factory_calib ( &lightranger13 ) )
    {
        log_error( &logger, " Factory calibration." );
        for ( ; ; );
    }
    log_printf( &logger, " Factory calibration DONE.\r\n\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
#endif

    log_printf( &logger, "--- THRESHOLD AND PERSISTANCE ---\r\n" );
    log_printf( &logger, " Setting threshold: 1mm-1000mm; and persistance: 5 times\r\n" );
    if ( LIGHTRANGER13_ERROR == lightranger13_set_threshold ( &lightranger13, 1, 1000, 5 ) )
    {
        log_error( &logger, " Set threshold." );
        for ( ; ; );
    }
    log_printf( &logger, " Set threshold DONE.\r\n\n" );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf( &logger, "--- STARTING MEASUREMENT ---\r\n" );
    if ( LIGHTRANGER13_ERROR == lightranger13_start_measurement ( &lightranger13 ) )
    {
        log_error( &logger, " Start measurement." );
        for ( ; ; );
    }
    log_printf( &logger, " Measurement started.\r\n\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    lightranger13_meas_result_t result;
    // Wait for data ready interrupt
    while ( lightranger13_get_int_pin ( &lightranger13 ) );

    lightranger13_clear_interrupts ( &lightranger13 );
    
    if ( LIGHTRANGER13_OK == lightranger13_read_result ( &lightranger13, &result ) )
    {
        log_printf( &logger, " Distance: %u mm\r\n", result.dist_peak );
        log_printf( &logger, " Temperature: %d degC\r\n\n", ( int16_t ) result.temperature );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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