VL53L0X飛時測距（ToF）感應器模組（二）：Arduino與MicroPython測距程式

VL53L0X飛時測距模組通常有6隻接腳，只需要接電源和I²C腳。

Arduino Uno板的接線示範：

安裝Arduino版的VL53L0X程式庫

選擇Arduino IDE主功能表的「草稿碼→匯入程式庫→程式庫管理員」，在「程式庫管理員」中搜尋“VL53L0X ”關鍵字，即可找到相關程式庫，常見的兩個程式庫分別是Adafruit和Polohu公司開發的版本，這兩家公司都是美國的電子零組件供應商。

本文採用Polohu的VL53L0X程式庫 ，因為Adafruit的版本佔用的快閃記憶體以及主記憶體都比較多，底下是採用Adafruit程式庫的VL53L0X測距程式，編譯之後的記憶體使用情況（Arduino Uno控制板）：

• 草稿碼使用了 16412 bytes (53%) 的程式儲存空間。
• 全域變數使用了 1190 bytes (58%) 的動態記憶體，剩餘 858 bytes 給區域變數。

底下則是採用Polohu程式庫的測距程式的記憶體使用情況：

• 草稿碼使用了 6564 bytes (21%) 的程式儲存空間。
• 全域變數使用了 458 bytes (22%) 的動態記憶體，剩餘 1590 bytes 給區域變數。

Arduino版的測距程式

採用Polohu程式庫的基本測距程式如下，VL53L0X程式庫物件的指令說明請參閱下一節。

#include <Wire.h>
#include <VL53L0X.h>

VL53L0X sensor;  // 宣告VL53L0X類型物件

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();  // 啟動I2C通訊

  sensor.setTimeout(500);  // 設定感測器超時時間
  // 若無法初始化感測器（如：硬體沒有接好），則顯示錯誤訊息。
  if (!sensor.init()) {
    Serial.println("Failed to detect and initialize sensor!");
    while (1) {}
  }
}

void loop() {
  // 在序列埠監控視窗顯示測距值
  Serial.print(sensor.readRangeSingleMillimeters());
  // 若發生超時（感測器沒有回應），則顯示“TIMEOUT”。
  if (sensor.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); }
  Serial.println();
}

編譯之後上傳到Arduino控制板，再開啟序列埠監控視窗，即可看見感測距離。

VL53L0X程式庫的指令說明

下列指令說明摘譯自VL53L0X程式庫的線上說明文件，完整的指令和說明請參閱該文件。

• setAddress(uint8_t 新位址)
  設定裝置的I²C位址。
• uint8_t getAddress()
  取得裝置的I²C位址。
• bool init(bool io_2v8=true)
  初始化並設置感測器，選擇性參數io_2v8預設為true，代表將感測器設成2V8模式（輸出入埠設成2.8V）；若io_2v8值為false，則感測器設成1V8模式（1.8V）。傳回值是bool類型，指出初始化是否成功。
• bool setSignalRateLimit(float limit_Mcps)
  設定傳回訊號速率上限，單位是MCPS（每秒百萬次計數）。這是為了有效解讀目標物反射訊號所需的最低速率設定。較低的設定值可增加感測範圍，但也可能因增加讀取到目標以外的物體的反射訊號，而導致准確率下滑。訊號速率限制的初始預設值為0.25 MCPS。此函式將傳回一個bool值，代表設定值是否有效。
• float getSignalRateLimit()
  傳回目前的傳回訊號速率上限值，單位是MCPS。
• bool setMeasurementTimingBudget(uint32_t budget_us)
  設定測量資料更新時間（單位是微秒）。這是一次測距所允許的時間；較長的資料更新時間可獲得更準確的測量。資料更新時間約為33000微秒，也就是33毫秒；最低為20毫秒。傳回值是bool類型，代表設定的資料更新時間是否有效。
• uint32_t getMeasurementTimingBudget()
  傳回微秒（ms）單位的當前測量資料更新時間（timing budget）。
• bool setVcselPulsePeriod(vcselPeriodType type, uint8_t period_pclks)
  將VCSEL（模組內部的雷射光發射器）脈衝週期類型（VL53L0X :: VcselPeriodPreRange或VL53L0X :: VcselPeriodFinalRange）設定成指定的週期時脈值。較長的週期時間可加長感測距離。有效值為（僅偶數）：

  Pre：12到18（預設為14）
  Final：8到14（預設為10）

  傳回值是bool類型，指出設定的週期時間是否有效。

• uint8_t getVcselPulsePeriod(vcselPeriodType type)
  傳回指定週期類型的當前VCSEL脈衝週期值。
• void startContinuous(uint32_t period_ms = 0)
  開始連續測距。選擇性參數period_ms預設為0，感測器將盡可能頻繁地進行測距；如果period_ms不是0，則以給定的毫秒值設定感測器的測量間隔時間。
• void stopContinuous()
  停止連續模式。
• uint16_t readRangeContinuousMillimeters(void)
  連續模式啟用時，傳回公釐單位的測距值。
• uint16_t readRangeSingleMillimeters()
  執行單次測距並傳回公釐（mm）單位值。
• void setTimeout(uint16_t timeout)
  設置超時時間（以毫秒為單位），如果感測器未就緒，則讀取操作將在此時間後中止；設定成0將停用超時。
• uint16_t getTimeout()
  傳回目前的超時時間設置。
• bool timeoutOccurred()
  指出自上次呼叫timeoutOccurred()以來是否發生讀取超時。

ESP8266和ESP32控制板的VL53L0X感測器接線

WEMOS D1 mini（ESP8266控制板）的接線示範如下：

LOLIN32（ESP32控制板）的接線示範：

MicroPython版的VL53L0X程式庫與測距範例程式

Radomir Dopieralski編寫了MicroPython版的VL53L0X程式庫，請下載此程式庫，將其中的vl53l0x.py檔，透過ampy put命令上傳到ESP8266或ESP32控制板。

用終端機連線之後，即可測試測距功能，以下的I²C接腳設定以WEMOS D1 mini（ESP8266控制板）為例：

from vl53l0x import VL53L0X
from machine import I2C, Pin
I2C = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=100000)
vl=VL53L0X(I2C)  # 建立VL53L0X物件
vl.init()        # 初始化VL53L0X
vl.read()        # 讀取感測值