初学者
10 分钟

使用VL53L4ED和ATmega328P精确测量1mm至1300mm的距离

接近传感和短距离测量解决方案

Proximity 21 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 9月 10, 2024

点击板

Proximity 21 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

通过精确的接近感应和可靠的距离测量,即使在具有挑战性的环境光条件下,也能提升您的项目性能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Proximity 21 Click基于STMicroelectronics的VL53L4ED高精度飞行时间(ToF)接近传感器,具有扩展的温度能力。该传感器专为精确的短距离测量设计,提供18°的视场(FoV),在标准条件下测量距离从1mm到1300mm,在扩展温度环境中可测量至1150mm。VL53L4ED能够在-40°C至105°C的温度范围内有效运行,确保即使在严苛的工业环境中也能保持一致的性能。此外,即使在5klx的环境光条件下,它也能提供高达800mm的可靠距离测量,非常适合需要精确接近感应的应用,如工业自动化、安全系统、机器人技术、智能照明和生物识别距离测量。VL53L4ED采用STMicroelectronics的FlightSense技

术,使其能够测量目标的绝对距离,无论目标的颜色或反射率如何。它集成了SPAD(单光子雪崩二极管)阵列,提升了其在各种环境光条件和不同的玻璃材料下的性能。此外,该传感器还集成了一个垂直腔面发射激光器(VCSEL),发射不可见的940nm红外光,并获得了Class 1眼安全认证。Proximity 21 Click采用独特的设计格式,支持MIKROE新推出的“Click Snap”功能。与标准版的Click板不同,此功能允许通过断开PCB使主IC区域可移动,开辟了许多新的实现可能性。得益于Snap功能,VL53L4ED可以通过直接访问标记为1-8的引脚自主运行。此外,Snap部分包含指定和固定的螺丝孔位置,使用户能够将Snap板固

定在所需位置。该Click板™通过标准的2线I2C接口与主MCU通信,支持最高1MHz的快速模式Plus。除了接口引脚外,传感器还使用来自mikroBUS™插座的XSH引脚进行设备的启动和上电序列。在不使用时,设备可以完全断电,然后由主MCU通过XSH引脚重新激活。它还使用来自mikroBUS™插座的GP1引脚作为硬件中断,并配有一个红色GP1 LED指示灯,用于发出信号并直观地指示各种状态。此Click板™只能在3.3V逻辑电平下运行。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板上必须进行适当的逻辑电平转换。此外,它还配备了包含函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Proximity 21 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Shutdown
PD2
RST
ID COMM
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Proximity 21 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - 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
Arduino UNO 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

该库包含 Proximity 21 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • proximity21_get_gpio1_pin - 此函数返回GPIO1(中断)引脚的逻辑状态。

  • proximity21_get_result - 此函数获取传感器报告的结果。

  • proximity21_clear_interrupt - 此函数清除数据准备中断。

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 Proximity 21 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Proximity 21 click board by reading and displaying
 * the target distance in millimeters on the USB UART.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for a data ready interrupt, then reads the measurement results and logs
 * the target distance (millimeters) and signal quality (the higher the value the better
 * the signal quality) to the USB UART.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "proximity21.h"

static proximity21_t proximity21;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    proximity21_cfg_t proximity21_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.
    proximity21_cfg_setup( &proximity21_cfg );
    PROXIMITY21_MAP_MIKROBUS( proximity21_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == proximity21_init( &proximity21, &proximity21_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( PROXIMITY21_ERROR == proximity21_default_cfg ( &proximity21 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    proximity21_data_t results;
    // Wait for a data ready interrupt
    while ( proximity21_get_gpio1_pin ( &proximity21 ) );

    if ( PROXIMITY21_OK == proximity21_get_result ( &proximity21, &results ) )
    {
        log_printf( &logger, " Distance [mm]: %u\r\n", results.distance_mm );
        log_printf( &logger, " Signal [kcps/SPAD]: %u\r\n\n", results.signal_per_spad_kcps );
        proximity21_clear_interrupt ( &proximity21 );
    }
}

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

额外支持

资源

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