概述

"自主模式"（Autonomous mode）通常指的是設(shè)備或系統(tǒng)能夠在沒有外部輸入的情況下獨立完成任務(wù)。對于傳感器，如VL53L8，自主模式可能意味著傳感器可以獨立、定期地進行測量，而不需要來自主控制器或主機的每一次單獨指令。

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選擇使用自主模式的原因可能包括：
簡化控制：一旦配置完成，傳感器可以獨立工作，減少主控制器與傳感器之間的通信需求。
穩(wěn)定的測量頻率：在自主模式下，傳感器可以以固定的頻率進行測量，從而確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。
減少響應(yīng)延遲：由于傳感器持續(xù)地或定期地進行測量，數(shù)據(jù)可能會更快地準(zhǔn)備好，從而減少了從請求到獲取數(shù)據(jù)的延遲。
主控制器工作量減少：主控制器可以被釋放出來執(zhí)行其他任務(wù)，而不是持續(xù)地向傳感器發(fā)送測量命令。
低功耗應(yīng)用：對于某些傳感器，自主模式可能更加能效，因為它可以在測量之間進入低功耗狀態(tài)。
實現(xiàn)預(yù)定任務(wù)：自主模式允許傳感器在特定條件下執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)，例如當(dāng)檢測到某個特定值時觸發(fā)警報。
然而，是否使用自主模式取決于特定的應(yīng)用需求。有些應(yīng)用可能更傾向于連續(xù)模式，其中主控制器更頻繁地與傳感器交互，以獲得實時數(shù)據(jù)或更高的控制精度。

視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1Hz42127sb/]

樣品申請

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89302046]

自主模式的優(yōu)勢

● 低功耗： VCSEL只在必要時開啟，降低了功耗，非常適合需要長時間運行的電池供電設(shè)備。
● 獨立運行： 不需要主機持續(xù)控制，降低了主機的處理負(fù)擔(dān)。
● 靈活配置： 用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置測距頻率和積分時間，以適應(yīng)不同的使用場景。
自主模式適用于需要低功耗運行且不需要主機持續(xù)監(jiān)控的應(yīng)用場景，例如智能家居中的用戶檢測、物體檢測和手勢識別等。

自主模式與連續(xù)模式區(qū)別

VL53L8CX 傳感器的自主模式 (AUTONOMOUS) 和連續(xù)模式 (CONTINUOUS) 都允許連續(xù)的測量操作，但它們的工作方式和使用場景略有不同：
連續(xù)模式 (CONTINUOUS):
● 在此模式下，傳感器連續(xù)進行測量，每次測量后，就會產(chǎn)生一個新的結(jié)果。
● 傳感器會盡可能快地測量，基于所設(shè)置的時間預(yù)算。
● 主機通常需要周期性地從傳感器中讀取數(shù)據(jù)。
● 適用于需要高更新率或?qū)崟r響應(yīng)的應(yīng)用。
自主模式 (AUTONOMOUS):
● 傳感器獨立地進行測量，而無需主機的常規(guī)干預(yù)。
● 主機可以進入低功耗休眠模式，而傳感器仍然獨立地執(zhí)行測量。當(dāng)傳感器完成測量時，它可以通過中斷喚醒主機，通知它讀取數(shù)據(jù)。
● 這種模式特別適用于低功耗應(yīng)用，因為大部分時間主機可以處于休眠狀態(tài)。
● 這種模式可能與設(shè)置的測量頻率或時間間隔一起使用，以確定傳感器執(zhí)行測量的頻率。
總的來說，選擇哪種模式取決于應(yīng)用的需求。如果需要實時的高更新率數(shù)據(jù)，則連續(xù)模式可能更合適；而對于低功耗或不需要實時數(shù)據(jù)的應(yīng)用，自主模式可能是更好的選擇。
根據(jù)應(yīng)用需求，如果需要低功耗且可以接受較低的測距頻率，建議選擇自主模式；如果需要高頻率、實時的測距數(shù)據(jù)且不考慮功耗，建議選擇連續(xù)模式。

硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一個開發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進行申請。 主控為STM32G431CB，TOF為VL53L8CX

生成STM32CUBEMX

選擇MCU

測試版所用的MCU為STM32G431CB。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

在這個應(yīng)用中，VL53L8CX模塊通過I2C（IIC）接口與主控器通信。具體來說，VL53L8CX模塊的I2C引腳連接到主控器的PA8和PB5兩個IO口。

配置IIC為快速模式，速度為400k。

LPn 設(shè)置

若進行IIC通訊，LPn設(shè)置為高電平狀態(tài)。

這里對應(yīng)管腳為PA12。

配置為PA12。

INT設(shè)置

自主模式可以通過獲取INT管腳進行判斷數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。

配置PA11為輸入模式。

X-CUBE-TOF1

本節(jié)介紹在不需要使用樣例應(yīng)用時如何使用STM32CubeMX將X-CUBE-TOF1軟件包添加到項目中。有了這樣的設(shè)置，就只配置了驅(qū)動層。

串口重定向

打開魔術(shù)棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會出現(xiàn) identifier "FILE" is undefined報錯。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

函數(shù)聲明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END PFP */

代碼配置

在custom_ranging_sensor.c代碼中，有IO口驅(qū)動VL53L8CX進行復(fù)位的代碼，由于沒有配置對應(yīng)的IO，所以需要注釋掉。

TOF代碼配置

在main.c中添加刷新速率，500ms刷新一次，所以頻率為2Hz。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "custom_ranging_sensor.h"

#define TIMING_BUDGET (500U) /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */
#define RANGING_FREQUENCY (2U) /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */
#define POLLING_PERIOD (1000U/RANGING_FREQUENCY) /* refresh rate for polling mode (milliseconds) */

/* USER CODE END Includes */

函數(shù)與變量定義：

/* USER CODE BEGIN PFP */

int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

static uint8_t map_target_status(uint8_t status);
//將從VL53L8CX傳感器獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
static int32_t convert_data_format(VL53L8CX_Object_t *pObj,VL53L8CX_ResultsData *data, RANGING_SENSOR_Result_t *pResult);
//打印數(shù)據(jù)
static void print_result(RANGING_SENSOR_Result_t *Result);
static RANGING_SENSOR_ProfileConfig_t Profile;
static int32_t status = 0;
static RANGING_SENSOR_Result_t Result;
/* USER CODE END PFP */

添加TOF初始化。 若需要為8*8，修改對應(yīng)vl53l8cx_set_resolution參數(shù)即可。 其中vl53l8cx_set_integration_time_ms和vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz加載了對應(yīng)的刷新速率。

/* USER CODE BEGIN 2 */

  /*********************************/
  /*  Set ranging mode autonomous  */
  /*********************************/
  VL53L8CX_Object_t *pL8obj = CUSTOM_RANGING_CompObj[CUSTOM_VL53L8CX];
  static VL53L8CX_ResultsData data;
  uint8_t NewDataReady = 0;

  // 設(shè)置測距的配置文件為 4x4 的自主測量模式
  Profile.RangingProfile = RS_PROFILE_4x4_AUTONOMOUS;

  // 設(shè)置測量的時間預(yù)算，這通常決定了測量的速度和準(zhǔn)確度
  Profile.TimingBudget = TIMING_BUDGET; /* 5 ms < TimingBudget < 1000 ms */

  // 設(shè)置測量的頻率，這決定了傳感器執(zhí)行測量的速率
  Profile.Frequency = RANGING_FREQUENCY; /* Ranging frequency Hz (shall be consistent with TimingBudget value) */

  // 確定是否啟用環(huán)境光測量，0為禁用，1為啟用
  Profile.EnableAmbient = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  // 確定是否啟用信號測量，0為禁用，1為啟用
  Profile.EnableSignal = 0; /* Enable: 1, Disable: 0 */

  pL8obj- >IsAmbientEnabled = Profile.EnableAmbient;
  pL8obj- >IsSignalEnabled = Profile.EnableSignal;

  /*
     use case VL53L8CX_PROFILE_4x4_CONTINUOUS:
  */
    // 設(shè)置傳感器的測量分辨率為 4x4
  status = vl53l8cx_set_resolution(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RESOLUTION_4X4);
    // 設(shè)置傳感器的測量模式為自主模式
  status |= vl53l8cx_set_ranging_mode(&(pL8obj- >Dev), VL53L8CX_RANGING_MODE_AUTONOMOUS);
    // 設(shè)置傳感器的集成時間，這通常關(guān)聯(lián)到測量的時間預(yù)算
    status |= vl53l8cx_set_integration_time_ms(&(pL8obj- >Dev), TIMING_BUDGET);
    // 設(shè)置傳感器的測量頻率，決定了傳感器執(zhí)行測量的速率
    status |= vl53l8cx_set_ranging_frequency_hz(&(pL8obj- >Dev), RANGING_FREQUENCY);

  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("ERROR : Configuration programming error!nn");
    while (1);
  }

  status = vl53l8cx_start_ranging(&(pL8obj- >Dev));
  if (status != VL53L8CX_STATUS_OK)
  {
    printf("vl53l8cx_start_ranging failedn");
    while (1);
  }
  /* USER CODE END 2 */

積分時間/曝光時間（Integration time）

積分時間是一項僅在使用自主測距模式時可用的功能（請參閱第 4.5 節(jié)測距模式）。 它允許用戶在啟用 VCSEL 時更改時間。 如果測距模式設(shè)置為連續(xù)，則更改積分時間無效。 默認(rèn)積分時間設(shè)置為 5 ms。
對于 4x4 和 8x8 分辨率，積分時間的影響是不同的。 分辨率 4x4 由一個積分時間組成，8x8 分辨率由四個積分時間組成。 下圖表示兩種分辨率的 VCSEL 發(fā)射。

所有積分時間之和 + 1 ms 開銷必須低于測量周期，否則測距周期將自動增加。

主程序

主程序來獲取對應(yīng)的INT位狀態(tài)來判定數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    /* polling mode */
    if(HAL_GPIO_ReadPin  ( GPIOA, GPIO_PIN_11) ==0)        
    {
        do {
    (void)vl53l8cx_check_data_ready(&(pL8obj- >Dev), &NewDataReady);
    } while (!NewDataReady);

    if (NewDataReady != 0)
    {
      status = vl53l8cx_get_ranging_data(&(pL8obj- >Dev), &data);

      if (status == VL53L8CX_STATUS_OK)
      {
        /*
         Convert the data format to Result format.
         Note that you can print directly from data format
        */
        if (convert_data_format(pL8obj, &data, &Result) < 0)
        {
          printf("convert_data_format failedn");
          while (1);
        }
        print_result(&Result);
                }
            }        
        }        
    /* USER CODE END WHILE */

//  MX_TOF_Process();
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示結(jié)果

當(dāng)分辨率為4*4時候，需要積分1次，設(shè)置的積分時間為500ms，那么對應(yīng)的頻率應(yīng)該是2Hz。

當(dāng)分辨率為8*8時候，需要積分4次，設(shè)置的積分時間為500ms，那么對應(yīng)的頻率應(yīng)該是0.5Hz。

配置完成侯可以在Tera Term下查看結(jié)果，如下是8*8的顯示。

審核編輯 黃宇