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30 分钟

使用TMF8828和STM32G474RE测量传感器与物体之间的距离

检测,响应,重复。

LightRanger 9 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

LightRanger 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

具有用户存在检测功能的多区域飞行时间平台。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LightRanger 9 Click基于ams AG的TMF8828,这是一款带有多区域的dToF宽视场光学距离传感器模块。该传感器采用单光子雪崩二极管(SPAD)阵列、时间-数字转换器(TDC)和直方图技术,配备关联的VCSEL,而SPAD上的高质量透镜支持动态可调的最大视场角达63°。TMF8828通过精确的测量结果在多个区域检测目标区域,最小距离为10mm,最大距离为5m。它还可以在每个区域检测多个物体,使自动化机器人能够获得额外的感知意识,并对潜在障碍物提供早期警报。TMF8828的工作原理使用VCSEL脉冲列,其迭代设置定义了这些脉冲。这些脉冲使用MLA(微透镜阵列)扩散以照亮FoI(照明场)。目标将这些光线反射到TMF8828接收光学透镜上,并将其反

射到一组SPAD(单光子雪崩检测器)阵列上。TDC测量从脉冲发射到到达的时间,并将命中累积到直方图内的箱中。如前所述,TMF8828具有多区域操作。它有两种操作模式,一种是3x3、4x4、3x6区域或8x8区域的模式,它将其功能实现为4x4区域的四个时间复用测量序列。因此,主机必须执行工厂校准序列,加载校准数据,连续读取结果测量以及可选的直方图读取四次。此外,该Click board™的独特添加表示在传感器旁边有一个额外的0.7mm厚保护透镜,以及一个0.38mm的空气间隔垫,将透镜与传感器分开,进一步减少干扰,提高传感器的精度。LightRanger 9 Click通过支持1MHz时钟频率的标准I2C 2线接口与MCU通信,支持快速模式操作。它通过其串行接口提供距

离信息以及置信度值。TMF8828的内部处理器(ARM M0+®)在这些直方图上执行AMS算法,通过I2C接口为每个区域的呈现的物体计算目标距离(单位:mm)。此外,它还提供了设备上电功能(Enable)的可能性,路由到mikroBUS™插座上的CS引脚,中断功能路由到mikroBUS™的INT引脚以优化测距操作,并且两个引脚分别用作通用IO信号的RST和PWM引脚。这个Click board™只能从3.3V逻辑电压电平下运行。因此,在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板子必须执行适当的逻辑电压转换。然而,该Click board™配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

LightRanger 9 Click top side image
LightRanger 9 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
General Purpse I/O
PC12
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
General Purpse I/O
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LightRanger 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G474RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA 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 LightRanger 9 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • lightranger9_get_int_pin - 此函数返回 INT 引脚的逻辑状态。

  • lightranger9_clear_interrupts - 此函数读取并清除中断状态寄存器。

  • lightranger9_get_capture - 此函数读取并解析一个132字节的单个子捕获块。

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 LightRanger9 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of LightRanger 9 Click board by reading and displaying
 * all four sub-captures data measurements 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
 * Reads all four sub-captures data approximately every 500ms and logs them to the USB UART
 * in a form of two object 8x8 maps. Other data such as DIE temperature, ambient light, system tick, 
 * etc., are also being displayed.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "lightranger9.h"

static lightranger9_t lightranger9;
static log_t logger;

static lightranger9_meas_result_t object_1[ LIGHTRANGER9_OBJECT_MAP_SIZE ];
static lightranger9_meas_result_t object_2[ LIGHTRANGER9_OBJECT_MAP_SIZE ];

/**
 * @brief LightRanger 9 log results function.
 * @details This function parses measurement results to 2 object maps, 
 * and logs the results on the USB UART.
 * @param[in] capture : Capture data object.
 * See #lightranger9_capture_t object definition for detailed explanation.
 * @return None.
 * @note It must be called 4 times for all 4 different input sub-captures.
 */
static void lightranger9_log_results ( lightranger9_capture_t capture );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    lightranger9_cfg_t lightranger9_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.
    lightranger9_cfg_setup( &lightranger9_cfg );
    LIGHTRANGER9_MAP_MIKROBUS( lightranger9_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == lightranger9_init( &lightranger9, &lightranger9_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( LIGHTRANGER9_ERROR == lightranger9_default_cfg ( &lightranger9 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    while ( lightranger9_get_int_pin ( &lightranger9 ) );

    lightranger9_capture_t capture;
    if ( ( LIGHTRANGER9_OK == lightranger9_clear_interrupts ( &lightranger9 ) ) && 
         ( LIGHTRANGER9_OK == lightranger9_get_capture ( &lightranger9, &capture ) ) )
    {
        lightranger9_log_results ( capture );
    }
}

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;
}

static void lightranger9_log_results ( lightranger9_capture_t capture )
{
    static uint8_t sub_capture_cnt = 0;
    uint8_t result_cnt = 0, row = 0, col = 0;
    for ( result_cnt = 0; result_cnt < LIGHTRANGER9_MAX_MEAS_RESULTS; result_cnt++ ) 
    {
        if ( 8 == ( result_cnt % 9 ) )
        {
            continue;
        }
        row = ( ( ( result_cnt % 9 ) / 2 ) * 2 ) + ( capture.sub_capture / 2 );
        col = ( ( ( result_cnt % 9 ) % 2 ) * 4 ) + ( ( result_cnt % 18 ) / 9 ) + ( ( capture.sub_capture % 2 ) * 2 );
        if ( result_cnt >= ( LIGHTRANGER9_MAX_MEAS_RESULTS / 2 ) )
        {
            object_2 [ ( row * 8 ) + col ].confidence = capture.result[ result_cnt ].confidence;
            object_2 [ ( row * 8 ) + col ].distance_mm = capture.result[ result_cnt ].distance_mm;
        }
        else
        {
            object_1 [ ( row * 8 ) + col ].confidence = capture.result[ result_cnt ].confidence;
            object_1 [ ( row * 8 ) + col ].distance_mm = capture.result[ result_cnt ].distance_mm;
        }
    }
    if ( sub_capture_cnt < LIGHTRANGER9_SUBCAPTURE_3 )
    {
        sub_capture_cnt++;
        return;
    }
    log_printf ( &logger, "\r\n Result number: %u\r\n", ( uint16_t ) capture.result_number );
    log_printf ( &logger, " DIE temperature: %d C\r\n", ( int16_t ) capture.temperature );
    log_printf ( &logger, " Valid results: %u\r\n", ( uint16_t ) capture.valid_results );
    log_printf ( &logger, " Ambient light: %lu\r\n", capture.ambient_light );
    log_printf ( &logger, " Photon count: %lu\r\n", capture.photon_count );
    log_printf ( &logger, " Reference count: %lu\r\n", capture.reference_count );
    log_printf ( &logger, " Sys tick: %.2f s\r\n", capture.sys_tick_sec );
    log_printf ( &logger, "\r\n Object 1 MAP:\r\n" );
    for ( result_cnt = 0; result_cnt < LIGHTRANGER9_OBJECT_MAP_SIZE; result_cnt++ )
    {
        log_printf ( &logger, " %u\t", object_1[ result_cnt ].distance_mm );
        if ( result_cnt % 8 == 7 )
        {
            log_printf ( &logger, "\r\n" );
        }
    }
    log_printf ( &logger, "\r\n Object 2 MAP:\r\n" );
    for ( result_cnt = 0; result_cnt < LIGHTRANGER9_OBJECT_MAP_SIZE; result_cnt++ )
    {
        log_printf ( &logger, " %u\t", object_2[ result_cnt ].distance_mm );
        if ( result_cnt % 8 == 7 )
        {
            log_printf ( &logger, "\r\n" );
        }
    }
    log_printf ( &logger, "\r\n" );
    
    sub_capture_cnt = 0;
    memset ( object_1, 0, sizeof ( object_1 ) );
    memset ( object_2, 0, sizeof ( object_2 ) );
}

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

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