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

Arduino Mega 的 Click Shield 配备了四个 mikroBUS™ 插槽,其中两个是 Shuttle 连接器,允许所有的 Click board™ 设备与 Arduino Mega 板轻松连接。Arduino Mega 板采用了AVR 8位微控制器,具有先进的RISC架构,54个数字 I/O 引脚,并且兼容 Arduino™,为原型设计和创建多样化应用提供了无限的可能性。该板通过 USB 连接方便地进行控制和供电,以便在开箱即用时高效地对 Arduino Mega 板进行编程和调试,另外还需要将额外的 USB 电缆连接到板上的 USB B 端口。通过集成的 ATmega16U2 程序器简化项目开发,并利用丰富的 I/O 选项和扩展功能释放创造力。有八个开关,您可以将其用作输入,并有八个 LED,可用作 MEGA2560 的输出。此外,该 shield 还具有来自 Microchip 的高精度缓冲电压参考 MCP1501。该参考电压默认通过板底部的 EXT REF 跳线选择。您可以像通常在 Arduino Mega 板上那样选择外部参考电压。还有一个用于测试目的的 GND 钩子。另外,还有四个额外的 LED,分别是 PWR、LED(标准引脚 D13)、RX 和 TX LED,连接到 UART1(mikroBUS™ 1 插槽)。此 Click Shield 还具有几个开关,执行诸如选择 mikroBUS™ 插槽上模拟信号的逻辑电平以及选择 mikroBUS™ 插槽本身的逻辑电压级别等功能。此外,用户还可以使用现有的双向电平转换器,无论 Click board™ 是否以3.3V或5V逻辑电压级别运行,都可以使用任何 Click board™。一旦您将 Arduino Mega 板与 Click Shield for Arduino Mega 连接,就可以访问数百个使用3.3V或5V逻辑电压级别工作的 Click board™。

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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

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

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @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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