[嵌入式]stm32利用TOFSense模块测距教程

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。

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。

官网地址：https://www.nooploop.com