使用飛行時(shí)間傳感器增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用

飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器是一項(xiàng)突破性技術(shù)，它能實(shí)現(xiàn)精確的距離測(cè)量，因而讓許多行業(yè)發(fā)生天翻地覆的變化。ToF傳感器的主要優(yōu)勢(shì)包括速度和精度。ToF傳感器通過(guò)測(cè)量光或信號(hào)傳播所需的時(shí)間，就可以非常精確地確定距離，即使在動(dòng)態(tài)環(huán)境中也不例外。這些傳感器已被廣泛應(yīng)用于各種實(shí)際應(yīng)用，在諸如機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和汽車(chē)等領(lǐng)域提供增強(qiáng)功能。

圖源：PALERM089/Stock.adobe.com

在汽車(chē)行業(yè)中，ToF傳感器在提高安全性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些傳感器集成在高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng) (ADAS) 中，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制、車(chē)道保持輔助和防撞系統(tǒng)。通過(guò)精確測(cè)量道路上車(chē)輛與物體之間的距離，ToF傳感器有助于實(shí)現(xiàn)更安全的駕駛體驗(yàn)，并為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展鋪平道路。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ToF傳感器有望用于更廣泛的應(yīng)用，進(jìn)一步重塑我們與周遭世界互動(dòng)的方式。

本項(xiàng)目將為讀者提供所需必要步驟的詳細(xì)演練，以便成功組裝ams OSRAM TMF8821-Shield開(kāi)發(fā)板并對(duì)其編程。此外，本文還提供每個(gè)示例的概述。

項(xiàng)目材料與資源

開(kāi)始進(jìn)行項(xiàng)目之前，請(qǐng)確保備好所有需要的產(chǎn)品、軟件和資源。

項(xiàng)目物料清單 (BOM)

?ams OSRAM TMF8821-SHIELD傳感器開(kāi)發(fā)板

?NXP Semiconductors LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板 (LPC55S69-EVK)

項(xiàng)目代碼和軟件

?LPC55S69 SDK下載

?19.zip

?MCUXpresso IDE（需登錄方可下載）

其他資源

?ams OSRAM TMF8821-SHIELD快速入門(mén)指南

?TMF882X_Driver_User_Guide（包含在TMF882x_Driver_SDK_Source文件中）

?TMF882X_Software_Development_Kit_Getting_Started_Guide（包含在TMF882x_Driver_SDK_Source文件中）

其他硬件

?Micro USB轉(zhuǎn)USB Type-A（已含）

?基于Windows的個(gè)人電腦

項(xiàng)目技術(shù)概述

本項(xiàng)目旨在探索ams OSRAM TMF8821-SHIELD傳感器開(kāi)發(fā)板和NXP Semiconductors LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板的功能。

ams OSRAM TMF882X-SHIELD傳感器開(kāi)發(fā)板

ams OSRAM TMF8821-SHIELD傳感器開(kāi)發(fā)板（圖1）專為評(píng)估TMF8821多區(qū)直接飛行時(shí)間 (dToF) 傳感器量身提供多功能解決方案。此開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用我們熟知的Arduino UNO外形尺寸，因此有利于快速評(píng)估TMF8821的功能。

圖1：ams OSRAM TMF8821-SHIELD傳感器開(kāi)發(fā)板。（圖源：貿(mào)澤電子）

該平臺(tái)的核心配備了TMF8821傳感器，并且方便地安裝在單獨(dú)的分離板上。這種設(shè)計(jì)特性有助于將傳感器無(wú)縫集成到原型硬件布局中。傳感器分離板的尺寸緊湊，僅為20mm×12mm，為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活性。

TMF8821-SHIELD的主要特性如下所示:

?Arduino UNO外形尺寸

?TMF8821傳感器牢固地安裝在分離板上

?玻璃蓋片樣品種類齊全，厚度范圍為0.5mm至0.8mm

?氣隙墊片樣品豐富，厚度有0.17mm、0.25mm、0.38mm和0.5mm可選

?方便的分離板Vdd電流檢測(cè)測(cè)試點(diǎn)

?整合重置按鈕，以增強(qiáng)可用性

?板載低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器和I2C電平轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步增強(qiáng)平臺(tái)的功能。

NXP LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板

NXP Semiconductors LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板 (LPC55S69-EVK)（圖2）是專為評(píng)估和開(kāi)發(fā)基于Arm® Cortex®-M33架構(gòu)的LPC55S6x微控制器單元 (MCU) 而定制的平臺(tái)。該開(kāi)發(fā)板與MCUXpresso工具套件完全集成，提供了可簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的豐富資源。MCUXpresso套件包含設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、中間件、快速開(kāi)發(fā)功能、配置工具，甚至還包括可免費(fèi)獲取的可選集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)。

圖2：NXP Semiconductors LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板。（圖源：貿(mào)澤電子）

LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板是一款綜合性、多功能工具集，旨在幫助開(kāi)發(fā)人員利用LPC55S6x MCU的功能，推進(jìn)Arm Cortex-M33框架內(nèi)的高效評(píng)估和開(kāi)發(fā)流程。

LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板的主要特性如下:

?LPC55S69雙核Arm Cortex-M33 MCU，工作速度高達(dá)100MHz

?板載高速USB連接，帶Link2調(diào)試探頭，提供CMSIS-DAP和SEGGER J-Link協(xié)議選項(xiàng)

?經(jīng)由板載調(diào)試探頭、從LPC55S69目標(biāo)器件到USB的UART和SPI端口橋接功能

?用于外部調(diào)試探頭的硬件支持

?三個(gè)用戶LED、復(fù)位按鈕、三個(gè)ISP按鈕以及用于增強(qiáng)型控制的用戶按鈕

?配備4位SDIO microSD卡插槽，用于擴(kuò)展存儲(chǔ)選項(xiàng)

?集成NXP MMA8652FCR1加速度計(jì)，用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

?立體聲音頻編解碼器，帶線路輸入/輸出功能

?高速和全速USB端口，帶micro A/B連接器，適用于主機(jī)或器件應(yīng)用

?Mikroe Click board?擴(kuò)展選項(xiàng)，用于增加多功能性

?與Arduino UNO兼容的LPCXpresso-V3擴(kuò)展站點(diǎn)

?Digilent Pmod?兼容擴(kuò)展/主機(jī)連接器，可容納各種擴(kuò)展模塊

開(kāi)發(fā)項(xiàng)目

該項(xiàng)目不論是組裝還是在軟件方面都非常簡(jiǎn)單。

硬件安裝

硬件的安裝不需要任何工具。將TFM882x擴(kuò)展板與NXP LPC55S69-EVK的Arduino排針對(duì)齊，如圖3所示輕輕將擴(kuò)展板插入。

圖3：將ams OSRAM TMF882X-SHIELD連接到NXP LPC55S69-EVK開(kāi)發(fā)板。（圖源：ams OSRAM）

軟件安裝

本指南將全程指導(dǎo)您完成每個(gè)步驟，以成功設(shè)置運(yùn)行ams OSRAM軟件開(kāi)發(fā)工具包 (SDK) 中提供的任何示例所需的環(huán)境。

下載及安裝

本項(xiàng)目需要下載三個(gè)軟件：ams OSRAM軟件開(kāi)發(fā)套件、NXP MCUXpresso IDE和MCUXpresso SDK。

ams OSRAM軟件開(kāi)發(fā)套件

下載運(yùn)行在NXP LPC55S69-EVK上的ams OSRAM SDK。使用“項(xiàng)目代碼和軟件”章節(jié)提供的鏈接下載TMF882X_Driver_SDK_Source_vX.XX.zip文件，確保下載最新版本。本項(xiàng)目使用的版本為v1.19，鏈接參見(jiàn)“資源”章節(jié)（圖4）。

圖4：從ams OSRAM網(wǎng)站下載TMF882x Driver SDK。（圖源：貿(mào)澤電子）

下載完成后，將文件解壓縮，并在解壓所得文件的document文件夾中找到“Software Development Kit Getting Started Guide”文件。

MCUXpresso IDE

下載并安裝最新版本的NXP MCUXpresso IDE（鏈接位于“項(xiàng)目資料與資源”章節(jié)），我們將使用它來(lái)連接到NXP板（圖5）。

圖5：MCUXpresso IDE下載頁(yè)面。（圖源：貿(mào)澤電子）

下載成功后，運(yùn)行安裝程序，根據(jù)屏幕上的說(shuō)明完成安裝，包括安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或控制器（圖6）。

圖6：MCUXpresso安裝窗口。（圖源：貿(mào)澤電子）

MCUXpresso SDK

安裝完IDE后，接下來(lái)安裝MCUXpresso SDK。如果是第一次啟動(dòng)IDE，“Welcome”（歡迎）選項(xiàng)卡中將出現(xiàn)下載并安裝SDK的選項(xiàng)（圖7）。

圖7：MCUXpresso IDE SDK安裝歡迎畫(huà)面。（圖源：貿(mào)澤電子）

或者，您也可以點(diǎn)擊MCUXpresso IDE任務(wù)欄中的藍(lán)色X圖標(biāo)來(lái)安裝SDK（圖8）。

圖8：MCUXpresso SDK安裝圖標(biāo)。（圖源：貿(mào)澤電子）

此時(shí)將出現(xiàn)一個(gè)窗口，顯示板列表（圖9）。在窗口右上方的“Filter”（篩選條件）搜索欄中，輸入“l(fā)pcxpresso55s69”，然后在板列表中單擊“Install”（安裝），如出現(xiàn)多個(gè)可用選項(xiàng)，請(qǐng)確保只選擇最新版本。按照屏幕上的說(shuō)明進(jìn)行安裝。完成后，選擇“File”（文件），然后點(diǎn)擊“Restart”（重啟），重新啟動(dòng)MCUXpresso IDE。

圖9：MCUXpresso SDK搜索和選擇。（圖源：貿(mào)澤電子）

如果一切安裝無(wú)誤，您將在“Installed SDKs”（已安裝的SDK）窗口看到已成功安裝的SDK（圖10）。

圖10：“Installed SDKs”（已安裝的SDK）窗口。（圖源：貿(mào)澤電子）

組合

安裝完所有必要軟件后，現(xiàn)在開(kāi)始編程并運(yùn)行提供的示例。

硬件編程

將micro-USB電纜的USB-A端插入編程PC、micro-USB端插入板左側(cè)標(biāo)有Debug Link（調(diào)試鏈接）的USB連接器上，如圖11所示。

圖11：組裝完成的硬件，并且插入了USB電纜以進(jìn)行編程。（圖源：貿(mào)澤電子）

接下來(lái)，導(dǎo)入本演示的示例項(xiàng)目。

打開(kāi)MCUXpresso IDE。

單擊File（文件），然后單擊Import…（導(dǎo)入）。

在Import（導(dǎo)入）窗口中，單擊General（通用）并選擇Existing Projects into Workspace（將現(xiàn)有項(xiàng)目導(dǎo)入工作區(qū)）。

選擇Select root directory（選擇根目錄）單選按鈕，單擊Browse…（瀏覽），進(jìn)入解壓縮后的ams OSRAM軟件開(kāi)發(fā)套件中。

選擇TMF882X_example_simple folder，然后單擊Select Folder（選擇文件夾）（圖12）。

圖12：選擇要導(dǎo)入的示例程序。（圖源：貿(mào)澤電子）

在“Import”（導(dǎo)入）窗口的“Projects”（項(xiàng)目）部分中，選擇示例程序左邊的復(fù)選框（圖13）。

選擇Copy projects into workspace（將項(xiàng)目復(fù)制到工作區(qū)）

完成后單擊Finish（完成）。

圖13：導(dǎo)入項(xiàng)目選項(xiàng)。（圖源：NXP）

項(xiàng)目加載成功并連接到開(kāi)發(fā)板后，構(gòu)建并運(yùn)行項(xiàng)目。

在MCUXpresso IDE中，單擊Project（項(xiàng)目），然后單擊Build All（構(gòu)建全部）。

通過(guò)控制臺(tái)窗口確認(rèn)構(gòu)建已完成并且未發(fā)生錯(cuò)誤（圖14）。

圖14：控制臺(tái)窗口顯示項(xiàng)目構(gòu)建已完成。（圖源：貿(mào)澤電子）

單擊綠色的Debug（調(diào)試）按鈕運(yùn)行項(xiàng)目（圖15）。此操作將打開(kāi)“Debug Configurations”（調(diào)試配置）窗口。

圖15：調(diào)試按鈕。（圖源：NXP）

在“Debug Configurations”（調(diào)試配置）窗口中，選擇TMF882X_example_simple Link Server Debug（TMF882X_example_simple Link Server調(diào)試），然后選擇窗口右下角的“Debug”（調(diào)試）按鈕（圖16）。

圖16：“Debug Configurations”（調(diào)試配置）窗口。（圖源：貿(mào)澤電子）

此時(shí)會(huì)打開(kāi)一個(gè)窗口，以驗(yàn)證LPCXpresso55S69與編程PC之間是否已建立連接。如果“Supported Probes”（支持的探頭）部分中“MCUXpresso IDE LinkServer”旁邊的復(fù)選框尚未選中，則選擇該復(fù)選框（圖17），然后單擊OK（確定）。

圖17：LinkServer連接窗口。（圖源：貿(mào)澤電子）

調(diào)試程序?qū)?dòng)并對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程。接下來(lái)，啟動(dòng)終端窗口：

在“Terminal”（終端）窗口中，選擇“Open a Terminal”（打開(kāi)終端）圖標(biāo)（圖18）。

圖18：“Terminal”（終端）窗口。（圖源：貿(mào)澤電子）

從下拉菜單中選擇Serial Terminal（串行終端），然后單擊OK（確定）。

確保串行端口設(shè)置如圖所示，更改串行端口以匹配設(shè)備（圖19），然后單擊OK（確定）。

圖19：終端設(shè)置。（圖源：NXP）

單擊綠色的Resume（繼續(xù)）圖標(biāo)，從斷點(diǎn)處開(kāi)始繼續(xù)運(yùn)行應(yīng)用程序（圖20）。

圖20：調(diào)試?yán)^續(xù)按鈕。（圖源：NXP）

完成后，軟件會(huì)告訴您按開(kāi)發(fā)板上的ISP按鈕開(kāi)始測(cè)量。運(yùn)行期間，綠色LED將亮起，終端窗口將顯示測(cè)量結(jié)果（圖21）。如要停止，只需點(diǎn)擊“Resume”（恢復(fù)）圖標(biāo)右側(cè)的方形紅色“Terminate”（終止）按鈕，即可終止調(diào)試會(huì)話。

圖21：ToF串行輸出的簡(jiǎn)單示例。（圖源：貿(mào)澤電子）

本示例提供包含最少配置的基本演示，展示了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的用例。該示例使用默認(rèn)的3×3區(qū)域，以厘米為單位測(cè)量并打印結(jié)果。按下NXP開(kāi)發(fā)板上的ISP按鈕將開(kāi)始測(cè)量，運(yùn)行測(cè)量時(shí)綠色LED指示燈亮起。

軟件文件夾中的其他示例可以更深入地介紹設(shè)備功能，例如工廠校準(zhǔn)和配置8×8區(qū)域。

結(jié)語(yǔ)

飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器可以迅速、準(zhǔn)確地執(zhí)行距離測(cè)量，即使在復(fù)雜環(huán)境下亦是如此。將ams OSRAM TMF8821-Shield開(kāi)發(fā)板與NXP Semiconductors LPCXpresso55S69開(kāi)發(fā)板相結(jié)合，可為工程師開(kāi)發(fā)從機(jī)器人到汽車(chē)等行業(yè)的產(chǎn)品提供一種快速高效的方法，讓他們能夠進(jìn)一步探索ToF傳感器的功能。

作者簡(jiǎn)介

Joseph Downing于2011年加入貿(mào)澤電子，擔(dān)任技術(shù)支持專員，后轉(zhuǎn)為技術(shù)內(nèi)容專員。此外，Joseph還曾就職于Intel、Radisys和Planar等電子行業(yè)公司，擁有20多年的工作經(jīng)驗(yàn)。作為一名狂熱的創(chuàng)客，Joseph幫助管理并向應(yīng)用與技術(shù)專欄（Mouser.com網(wǎng)站）以及貿(mào)易展會(huì)提供技術(shù)項(xiàng)目和材料。