stm32利用TOFSense模块测距教程
TOFSense是什么
简单来讲，TOFSense就是一个激光测距模块，它前面那个小小的黑框框就是它测距的地方即发射激光的地方。它有两种通讯方式：串口和can总线，有两种工作模式：主动输出和查询输出。本文将基于stm32介绍它的串口主动输出模式。
编写程序的准备
官网有两份关于它的资料，一份是数据手册，主要介绍产品本身特性及数据，如典型规格、机械尺寸、配置与功能、典型数据表现及通信协议等；一份是用户手册，主要用于指导用户上手操作，含括了通过NAssistant配置模块的示例教程、协议解析示例等方面。如果只是想快速上手并利用它测距的话，直接看用户手册的部分即可。既然知道了它是串口通信，那么我们只需要知道它的数据帧的格式，然后编写相应的数据解析程序即可。
翻阅手册得知其数据帧的格式如下：
由上图可见，TOFSense在使用串口通信时，发的一个数据帧是16个字节。其中第一个字节是帧头，固定为0x57，而最后一个字节是帧尾，也是整个数据的校验和，其值为前面所有字节相加。而其中有效的距离数据为8、9、10三个字节的数据，其他的数据如果不用刻意忽略。这里我们得到的只是距离值的协议表示即16进制的数据，该怎么计算实际的距离值呢？手册里面还有一段话：
知道了这些，我们便可以编写串口的接收程序了。
程序源码
这里我使用的是正点原子的stm32f1核心板，用串口2接收TOFSense传来的数据，并利用串口1发给电脑在电脑的串口助手显示。如果使用其他f1的板子，程序基本是不用修改的；如果使用其他的串口，改串口的初始化程序为对应的端口即引脚即可。我这里基本把所有的程序代码都贴出来了，直接拿来用即可。
usart.h的编写：
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stdio.h"
#include "sys.h"
#define USART_REC_LEN 200 //定义最大接收字节数 200
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收
#define EN_USART2_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口2接收
extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //串口1接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern u16 USART_RX_STA; //串口1接收状态标记
extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //串口2接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节
extern u16 USART2_RX_STA; //串口2接收状态标记
extern u32 Active_Distance;
//如果想串口中断接收，请不要注释以下宏定义
void uart_init(u32 bound);
void uart2_init(u32 bound);
#endif
usart.c的编写：
#include "sys.h"
#include "usart.h"
//如果使用ucos,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //ucos 使用
#endif
//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
#endif
#if EN_USART1_RX //如果使能了串口1接收
//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //串口1接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0; //串口1接收状态标记
void uart_init(u32 bound)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟
//USART1_TX GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
//USART1_RX GPIOA.10初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntEnter();
#endif
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntExit();
#endif
}
#endif
#if EN_USART2_RX //如果使能了串口2接收
u8 USART2_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //串口2接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
u16 USART2_RX_STA=0; //串口2接收状态标记
u32 Active_Distance; //定义主动输出距离，单位mm
void uart2_init(u32 bound)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART2，GPIOA时钟
//USART2_TX GPIOA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.2
//USART2_RX GPIOA.3初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.3
//Usart2 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口2
}
void USART2_IRQHandler(void)
{
static u8 count = 0;
u16 check_sum = 0; //定义校验和
u8 i;
static u8 flag = 0; //定义数据帧开始标志
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)!=RESET) //串口2接收中断
{
if(USART_ReceiveData(USART2) == 0x57) flag = 1;
if(flag)
{
USART2_RX_BUF[count++] = USART_ReceiveData(USART2);
if(count==16) //接收到一帧数据即16个字节
{
if(USART2_RX_BUF[0]==0x57)
{
for(i=0;i<15;i++)
{
check_sum = check_sum + USART2_RX_BUF[i]; //
}
}
if((check_sum&0x00ff)==USART2_RX_BUF[15]) //判断校验和是否满足即数据的有效性
{
//协议帧中的数据是小端模式存储的,必须先恢复成16进制数据再换算成10进制
Active_Distance = (USART2_RX_BUF[10] <<16| USART2_RX_BUF[9]<<8|USART2_RX_BUF[8]); //除以1000即是m
}
count = 0;
flag = 0;
}
}
}
}
#endif
main.c的编写：
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(115200); //串口初始化为115200
uart2_init(921600); //串口2初始化为921600
printf("TOFSense开始测距，模式为主动输出模式\r\n");
while(1)
{
//每200ms显示一次距离
printf("测得的距离为：%d",Active_Distance);
printf("mm\r\n");
delay_ms(200);
}
}
运行效果
需要注意一下，官方文档里面说的很清楚：
在短距模式下超量程时， 距离输出固定值-0.01， 十六进制 0xFFFFF6。
在中距模式下超量程时， 距离输出 1~2m 随机跳变。 此时可参考信号强度与距离状态进行判断。
在长距模式下超量程时， 数据输出 1~2m 随机跳变。 此时可参考信号强度与距离状态进行判断。
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因此不要测太远的距离以免超出量程。此外我发现当把障碍物贴上去时测得的距离并不是0，这与市面上绝大多数的激光测距模块也是一致的，即它的测量是有一个上下限范围的，注意在范围内使用。
注
TOFSense默认的串口波特率是961200，如果需要修改，需要去官网下载配套的上位机，并利用USB-TTL模块连接TOFSense到电脑后打开上位机的配置界面修改，在此界面也可以很直观地看到数据及状态的信息。
