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[STM32F4] 【把握住了】STM32F4驱动4路VL53L0测距你把握不住

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本帖最后由 呐咯密密 于 2021-7-15 09:41 编辑

[url=home.php?mod=space&uid=760190]@21小跑堂 #申请原创#[/url]
最近给朋友调试了STM32F407驱动VL53L0的激光测距,安装在机器人上的,遇到一些问题,这里发帖纪录一下。
关于VL53L0的资料和代码在正点原子那里都有,但是正点原子只是驱动了一路VL53L0,很多问题都需要我们自己解决,一路的VL53L0非常简单,随便参考一下例程就能完美解决,但是一旦涉及到多路设备,就会出现一堆问题,最突出最主要的就是多个VL53L0的地址设置,把握不住就会出现只有一路能正常使用的问题。

VL53L0X 简介
VL53L0X 是 ST 公司推出的新一代 ToF 激光测距传感器,采用了第二代 FlightSenseTM技术,利用飞行时间(ToF)原理,通过光子的飞行来回时间与光速的计算,实现测距应用。较比上一代 VL6180X,新的器件将飞行时间测距长度扩展至 2 米,测量速度更快,能效更高。除此之外,为使集成度过程更加快捷方便, ST 公司为此也提供了 VL53L0X 软件 API(应用编程接口)以及完整的技术文档,通过主 IIC 接口,向应用端输出测距的数据,大大降低了开发难度。
VL53L0X 特点包括:
①, 使用 940nm 无红光闪烁激光器,该频段的激光为不可见光,且不危害人眼。
②,系统视野角度(FOV)可达 25 度,传感器的感测有效工作直径扩展到 90 厘米。
③,采用脉冲式测距技术,避免相位式测距检测峰值的误差,利用了相位式检测中除波峰以外的光子。
④,多种精度测量和工作模式的选择。
⑤,测距距离能扩至到 2 米。
⑥, 正常工作模式下功耗仅 20mW,待机功耗只有 5uA。
⑦,高达 400Khz 的 IIC 通信接口。
⑧,超小的封装尺寸: 2.4mm × 4.4mm × 1mm。
VL53L0X 工作模式
VL53L0X 传感器提供了 3 种测量模式, Single ranging(单次测量)、 Continuous ranging(连续测量)、以及 Timed ranging(定时测量),下面我们将简单介绍下:
(1) Single ranging(单次测量),在该模式下只触发执行一次测距测量,测量结束后,VL53L0X 传感器会返回待机状态,等待下一次触发。
(2) Continuous ranging(连续测量),在该模式下会以连续的方式执行测距测量。一旦测量结束,下一次测量就会立即启动,用户必须停止测距才能返回到待机状态,最后的一次测量在停止前完成。
(3) Timed ranging(定时测量),在该模式下会以连续的方式执行测距测量。测量结束后,在用户定义的延迟时间之后,才会启动下一次测量。用户必须停止测距才能返回到待机状态,最后的一次测量在停机前完成。根据以上的测量模式, ST 官方提供了 4 种不同的精度模式,如表格所示:

从表格可以看到,针对不同的精度模式,测量时间也是有所区别的,测量时间最快为高速模式,只需 20ms 内就可以采样一次,但精度确存在有±5%的误差范围。而在长距离精度模式下,测距距离能达到 2m,测量时间在 33ms 内,但测量时需在黑暗条件(无红外线)的环境下。所以在实际的应用中,需根据当前的要求去选择合适的精度模式,以达到最佳的测量效果。
以上资料来源于正点原子的《AN1703C ATK-VL53L0X 激光测距模块使用说明》。这里摘录一部分,方便进入主题。
因为今天是调试多路的VL53L0X设备,这里不完全借鉴正点原子的例程,但是官方提供的驱动我们还是必须要用的。
如果想要快速上手,文末直接下载我的代码,我的驱动库经过自己的修改,和正点原子有些不同。
我们直接从代码入手吧!
在初始化VL53L0X之前,我们必须初始化IIC外设,此次遵循正点原子的方法,用模拟IIC。
#ifndef _VL53L0X_I2C_H
#define _VL53L0X_I2C_H

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_i2c.h"

//四个VL53L0挂载在同一个IIC总线下,所以使用四个片选信号--2019/10/30
//!!!!!!!注意:重新使能设备后,设备iic的地址会恢复为默认值0x52--2019/10/30
//VL53L0 0
#define I2C_SCL_GPIO               GPIOB
#define        I2C_PIN_SCL               GPIO_Pin_8
#define I2C_SCL_HIGH()      GPIO_SetBits(I2C_SCL_GPIO,I2C_PIN_SCL)
#define I2C_SCL_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_SCL_GPIO,I2C_PIN_SCL)

#define I2C_SDA_GPIO               GPIOB
#define        I2C_PIN_SDA               GPIO_Pin_9
#define I2C_SDA_HIGH()      GPIO_SetBits(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA)
#define I2C_SDA_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA)
#define I2C_SDA_STATE       GPIO_ReadInputDataBit(I2C_SDA_GPIO,I2C_PIN_SDA)

//片选使能--2019/10/30
#define I2C_X_GPIO               GPIOB
#define        I2C_PIN_X0               GPIO_Pin_12
#define I2C_X0_HIGH()       GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X0)
#define I2C_X0_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X0)

#define        I2C_PIN_X1               GPIO_Pin_13
#define I2C_X1_HIGH()       GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X1)
#define I2C_X1_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X1)

#define        I2C_PIN_X2               GPIO_Pin_14
#define I2C_X2_HIGH()       GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X2)
#define I2C_X2_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X2)

#define        I2C_PIN_X3               GPIO_Pin_15
#define I2C_X3_HIGH()       GPIO_SetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X3)
#define I2C_X3_LOW()              GPIO_ResetBits(I2C_X_GPIO,I2C_PIN_X3)

void i2c_init(void);
uint8_t i2c_write(uint8_t addr, uint8_t reg, uint32_t len, uint8_t * data);
uint8_t i2c_read(uint8_t addr, uint8_t reg, uint32_t len, uint8_t *buf);


#endif

void i2c_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
   
        //模拟iic配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_SCL;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(I2C_SCL_GPIO, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_SDA;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_Init(I2C_SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);
        
        //片选使能配置
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
        
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
        
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
        
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_PIN_X3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(I2C_X_GPIO, &GPIO_InitStructure);
   
        I2C_X0_LOW();        
        I2C_X1_LOW();
    I2C_X2_LOW();        
        I2C_X3_LOW();
        delay_ms(20);
}
在模块初始化时调用IIC外设初始化,同时初始化4个测距模块。
VL53L0X_Error vl53l0x_init(void)
{
        
    VL53L0X_Error Status = VL53L0X_ERROR_NONE;   //初始值赋值为0

         //初始化一定按照这个顺序执行,否则不成功
         VL53L0X_i2c_init();
     vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev0,0);
         vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev1,1);
         vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev2,2);
         vl53l0x_initX(&vl53l0x_dev3,3);
           
    return Status;           //返回0
}
在vl53l0x_initX()函数便去别去正点原子的驱动,这里是全文的重点,很多单设备发展到多设备这里都会出问题,在初始化设备时一定要设置设备的IIC地址。
//单个VL53L0初始化
VL53L0X_Error vl53l0x_initX( VL53L0X_Dev_t *pMyDevice ,u8 vl53l0_x_id)
{
        VL53L0X_Error Status = VL53L0X_ERROR_NONE;   //初始值赋值为0
        
        pMyDevice->I2cDevAddr      = 0x52;            //iic地址  0x52是默认地址,要初始化必须先写0x52,才能初始化,之后再通过软件修改
    pMyDevice->comms_type      =  1;              //选择IIC还是SPI    iic=1;SPI=0
    pMyDevice->comms_speed_khz =  400;            //iic速率   
        
        
        //正点原子的VL53L0用户手册上写明了再次使能时地址会恢复为0x52,所以只能使能一次,设置好地址即可,这里是核心
        switch(vl53l0_x_id)
          {
                case 0:  
                   I2C_X0_HIGH();  
                  delay_ms(20);
                   vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x60);//设置第一个VL53L0X传感器I2C地址
                   break;
                case 1:                       
               I2C_X1_HIGH();
                  delay_ms(20);
                   vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x62);//设置第一个VL53L0X传感器I2C地址
                   break;
                case 2:  
                        I2C_X2_HIGH();  
                   delay_ms(20);
                    vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x64);
                        break;
                case 3:  
                        I2C_X3_HIGH();  
                   delay_ms(20);
                    vl53l0x_Addr_set(pMyDevice,0x66);
                        break;
          }
        
    Status = VL53L0X_DataInit(pMyDevice); // Data initialization  //VL53L0X_DataInit:一次设备的初始化,初始化成功返回0
    if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){     //判断如果状态不为0   打印错误信息
        print_pal_error(Status);
        return Status;        //  返回错误值 可通过此值DEBUG查找错误位置
    }

    Status = VL53L0X_GetDeviceInfo(pMyDevice, &vl53l0x_dev_info);   //读取给定设备的设备信息
    if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){
        print_pal_error(Status);
        return Status;
    }
    printf("VL53L0X_GetDeviceInfo:\n");
    printf("Device Name : %s\n", vl53l0x_dev_info.Name);     //设备名
    printf("Device Type : %s\n", vl53l0x_dev_info.Type);    //产品类型VL53L0X = 1, VL53L1 = 2
    printf("Device ID : %s\n", vl53l0x_dev_info.ProductId);   // 设备ID
    printf("ProductRevisionMajor : %d\n", vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor);
    printf("ProductRevisionMinor : %d\n", vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor);

    if ((vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor != 1) && (vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor != 1)){
        printf("Error expected cut 1.1 but found cut %d.%d\n",
        vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMajor, vl53l0x_dev_info.ProductRevisionMinor);
        Status = VL53L0X_ERROR_NOT_SUPPORTED;
        print_pal_error(Status);
        return Status;
    }

    Status = vl53l0x_measure_init(pMyDevice);   //测量配置
    vl53l0x_status = Status;
    if(Status != VL53L0X_ERROR_NONE){    //判断如果不为0打印错误信息
        print_pal_error(Status);
        return Status;
    }               
}


模块的初始化顺序是:使用默认地址初始化设备---修改传感器IIC地址---再次初始化---测量配置
所以在这个传感器的初始化中我们先用默认的0X52地址将VL53L0X模块初始化,初始化完成后方可修改其地址,这里使用SWITCH函数判断用户配置的地址,避免函数重写,减小代码尺寸。修改完地址调用VL53L0X_DataInit()函数进行模块的再次初始化,使修改生效。注意:VL53L0X不能保存地址,如果掉电后地址会恢复为默认的0X52,同时修改完地址后只能执行一次初始化,更多的初始化次数会也会导致地址复位。这在硬件的处理上要加倍注意。
在这里我翻车了,因为硬件不在我的手边,我都是远程帮助调试,没看到硬件,我的朋友一直反应各种问题,最多的就是测距有问题,测出的数据都是错的,或者只有一个传感器可以使用。我检查了很多遍的代码,始终找不到原因,还好他自己也想到了硬件的问题(因为他们硬件干过很多错事,都是一些小白容易犯的,但是那个老员工比较粗心,也会犯错),最后发现是线的质量太差,线的长度太长,IVL53L0X模块安装的位置不好,因为模块安装在可动部件上的,导致每次移动都会导致模块短暂的掉电,导致地址复位。后来加装模块的减震装置更换屏蔽线解决问题。
复位完成便可以测试:

VL53L0X_Error vl53l0x_start_single_test(VL53L0X_Dev_t *pdev, \
                            VL53L0X_RangingMeasurementData_t *pdata)
{
        int i=0,j=0,sum=0;
    VL53L0X_Error status = VL53L0X_ERROR_NONE;
   
    if(vl53l0x_status != VL53L0X_ERROR_NONE)
        return vl53l0x_status;

    status = VL53L0X_PerformSingleRangingMeasurement(pdev, pdata);   ////执行单次测距并获取测距测量数据
    if(status != VL53L0X_ERROR_NONE){
        printf("error:Call of VL53L0X_PerformSingleRangingMeasurement\n");
        return status;
    }

                for(i=0;i<5;i++)
                        sum+=pdata->RangeMilliMeter;
                pdata->RangeMilliMeter=sum/5;
        printf("%d\r\n",pdata->RangeMilliMeter);
    return status;
}
打印测试结果,通过!

主函数循环测试,因为项目对代码的速度要求不高,所以一些状态判断代码中还有保留,这里跟着原子走,没做太多改变。
因为这个项目是帮助朋友做的调试,而且他们的项目还在研发期,太多的东西不能介绍,照片啥的都放弃了。一个简短的帖子,希望能帮到大家把握住该模块,蟹蟹!
附上文件: 已测试的四VL53L0代码(快速测量版本三).rar (4.64 MB, 下载次数: 11)

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21小跑堂 打赏了 50.00 元 2021-07-20
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

沙发
自己造声卡| | 2021-7-14 17:30 | 只看该作者
不知道咋回事,为什么?

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板凳
呐咯密密|  楼主 | 2021-7-15 09:39 | 只看该作者
自己造声卡 发表于 2021-7-14 17:30
不知道咋回事,为什么?

啥意思

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地板
电子门外汉| | 2021-7-21 16:54 | 只看该作者
谢谢

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5
yangjiaxu| | 2021-7-22 22:22 | 只看该作者
挂载到同一个I2C总线上么?属实得设置地址,或者硬件能地址区分也行

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6
Betty996| | 2021-7-22 22:23 | 只看该作者
这个挺有意义的,支持一下 算是填坑总结了

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7
Emily999| | 2021-7-22 22:25 | 只看该作者
我看你这是用的模拟I2C,咋不用硬件I2C呢?

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8
Carmen7| | 2021-7-22 22:26 | 只看该作者
模拟I2C如果4个设备,用8个IO的话,时分复用的话 是不是可以呀?

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9
Alina艾| | 2021-7-22 22:26 | 只看该作者
接线问题 挺有意思的,之前我也遇到过,劣质杜邦线,时断时续的,导致通讯不正常 坑死人了

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10
Estelle1999| | 2021-7-22 22:27 | 只看该作者
感觉初始化方面 好麻烦哦

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11
Belle1257| | 2021-7-22 22:30 | 只看该作者
用硬件I2C好像能少踩点儿坑?

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12
Charlene沙| | 2021-7-22 22:31 | 只看该作者
看了一下 这个模块 好像还挺多人用呢

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13
Candic12e| | 2021-7-22 22:32 | 只看该作者
写的挺细致的,话说 I2C支持的通讯长度是多少啊?应该不能太长

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14
Charlotte夏| | 2021-7-22 22:33 | 只看该作者
挺好挺好,收藏了,挺有用的,也是一个学习的点

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15
alxd| | 2021-7-22 22:34 | 只看该作者
听说 STM32F103的硬件I2C有些问题 这是真的吗?

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16
B1lanche| | 2021-7-22 22:35 | 只看该作者
写的挺好,支持一下,值得学习和参考的例程

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17
Allison8859| | 2021-7-22 22:36 | 只看该作者
I2C单独的设备挺好搞得,不用考虑地址,多设备属实就上升高度了

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18
Annie556| | 2021-7-22 22:37 | 只看该作者
这是做什么产品啊?机器人么?需要这么多激光测距

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19
Carina卡| | 2021-7-22 22:38 | 只看该作者
如果IO多就好了,就都模拟I2C也不会出现这种问题,但是资源就浪费了

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20
Betty1299| | 2021-7-22 22:39 | 只看该作者
只要硬件设备I2C地址不冲突 就行,需要那个读那个

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