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使用VL53L1X和STM32G431RB简化复杂的距离测量挑战

距离清晰度 - 距离精度!

LightRanger 4 click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

LightRanger 4 click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

我们的 ToF 距离测量解决方案为更安全、更高效的系统铺平了道路,确保对象被检测、跟踪和测量时具有最高的准确性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LightRanger 4 Click 基于 STMicroelectronics 的 VL53L1X,这是一个测距模块。该传感器使用 940 nm 范围内发光的 Class 1 激光发射器。光发射在光谱的红外范围内,人眼不可见。它由红外传感器接收,并由 VL53L1X 的集成部分处理,结果在输出寄存器中提供,可以通过标准 I2C 接口访问。该设备被评为 Class 1 激光产品,不会造成有害的眼睛伤害。然而,不应将其指向眼睛。高度集成的 VL53L1X ToF 传感器包含多个集成部分。它具有嵌入式 MCU、OTP 存储器、RAM 区域、ROM 区域、测距处理单元和 VCSEL 驱动器。它暴露了一个简单的 I2C 接口,用于与主 MCU 通信,提供一系列寄存器,用于配置和状态报告。此

外,它还提供一个中断(INT)和 XSH(XSHUT)引脚,连接到 mikroBUS™。高度可配置的中断引擎允许将此引脚配置为为各种事件生成中断信号,通知主 MCU 一些重要的状态变化,例如数据就绪事件。它可以设置为在开漏配置和推挽模式下工作。除了 INT 引脚外,Click board™ 上还有 XSH 引脚,可用于关闭主 IC。Click board™ 配备了 10K 上拉电阻,因此建议将 INT 和 XSH 引脚配置为开漏模式。测量通过比较反射光束中光的调制偏移进行。因此,范围和精度取决于被测物体的材料以及红外光谱的光污染。该模块设计用于抑制噪声和干扰,15 到 27 度的可编程视场允许聚焦测量并防止光束散射。测量自然受物体的红外反射率影响,

因此在测量高红外反射率物体的距离时可以获得最佳结果。可测量的最大范围为 4000mm,而最小工作范围为 40mm。测量误差是线性的,并且随着距离的增加而增大。它保持在距离的 10% 以内。由于 VL53L1X ToF 传感器模块高度集成,工作所需的外部组件最少,因此此 Click board™ 只有一个 SMD 跳线,可用于在 3.3V 和 5V 之间设置电源电压,允许 3.3V 和 5V 兼容的 MCU 与 Click board™ 接口。RFD77402 模块数据手册提供了有关内部寄存器和如何配置它们的详细信息。然而,Click 提供了一个功能库,提供简化的操作和测量。这些功能的使用在示例中进行了演示,可以用作定制设计的参考。

LightRanger 4 Click top side image
LightRanger 4 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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
Shutdown
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
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 4 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 STM32G431RB 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
Board mapper by product8 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

软件支持

库描述

此库包含 LightRanger 4 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • lightranger4_new_data_ready - 检查新数据是否准备就绪的功能

  • lightranger4_get_distance - 读取传感器前方物体距离的功能

  • lightranger4_power_on - 启动电源开启程序的功能

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 
 * \brief LightRanger4 Click example
 * 
 * # Description
 * Demo application is used to shows basic controls LightRanger 4 Click
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Configuring Clicks and log objects.
 * Settings the Click in the default configuration,
 * adjusts the LONG mode (distance measurement up to 4 meters),
 * sets the time budget and start measurement with the adjustment of inter measurements period.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the distance of the object in front of the sensor and logs 
 * distance to USBUART every 500 ms.
 * 
 * \author Katarina Perendic
 *
 */

// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "lightranger4.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static lightranger4_t lightranger4;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    lightranger4_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    lightranger4_cfg_setup( &cfg );
    LIGHTRANGER4_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    lightranger4_init( &lightranger4, &cfg );

    lightranger4_power_on( &lightranger4 );
    log_info( &logger, "--- Wait until the configuration of the chip is completed ---" );

    lightranger4_default_cfg( &lightranger4 );
    lightranger4_set_distance_mode( &lightranger4, LR4_DISTANCE_MODE_LONG );
    lightranger4_set_measurement_timing_budget( &lightranger4, 1000 );
    lightranger4_start_measurement( &lightranger4, 20 );

    log_info( &logger, "--- Sensor start measurement ---" );
    Delay_100ms( );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t distance;
    uint8_t m_status;

    //  Task implementation.

    while ( lightranger4_new_data_ready( &lightranger4 ) != 0 )
    {
        Delay_1ms();
    }

    distance = lightranger4_get_distance( &lightranger4 );
    log_printf( &logger, "** Distance: %d mm \r\n", distance );

    m_status = lightranger4_get_range_status( &lightranger4 );
    switch ( m_status )
    {
        case LR4_MRESP_SIGNAL_FAIL:
        {
            log_info( &logger, "Signal fail." );
            break;
        }
        case LR4_MRESP_PHASE_OUT_OF_VALID_LIMITS:
        {
            log_info( &logger, "Phase out of valid limits" );
            break;
        }
        case LR4_MRESP_SIGMA_FAIL:
        {
            log_info( &logger, "Sigma Fail. " );
            break;
        }
        case LR4_MRESP_WRAP_TARGET_FAIL:
        {
            log_info( &logger, "Wrap target fail." );
            break;
        }
        case LR4_MRESP_MINIMUM_DETECTION_THRESHOLD:
        {
            log_info( &logger, "Target is below minimum detection threshold. " );
            break;
        }
    }
    Delay_ms ( 500 );
}

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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