意法半导体P-NUCLEO-53L8A1开发板深度体验

????????各位电子爱好者与行业伙伴们注意啦！ST板卡评测系列活动开始啦！该系列活动将通过ST中文论坛板卡申请用户对各类板卡的真实体验和评测文章分享，从多个维度、全方位深入剖析ST相关产品的性能表现与实际应用场景，为用户了解和选用板卡提供极具实用价值的参考。

智能存在检测：P-NUCLEO-53L8A1 – 8x8多区域飞行时间传感器的板卡评测活动推出后，广大网友踊跃参与，涌现出很多优秀的评测投稿。本期为大家分享论坛网友小萝卜啦啦啦的精彩评测内容。

P-NUCLEO-53L8A1开发板及VL53L8CX传感器其核心功能、应用场景、技术亮点及评测方向已在前期活动招募文中详细说明，想快速了解细节的朋友，可回顾免费申请 |【板卡评测】P-NUCLEO-53L8A1 – 8x8多区域飞行时间传感器一文，这里不再赘述。本期我们聚焦论坛网友小萝卜啦啦啦的实测体验，他不仅完成了多区测距精度、抗环境光干扰、低功耗模式等必做项目验证，还深入探索了手势识别这一特色方向——通过ST官方手势识别开发套件（STSW-IMG035）完成固件烧录（HandPosture_GettingStarted.bin）与上位机部署，测试了手部实时跟踪（X/Y/Z坐标）、点击/双击、左右滑动等功能，既验证了该方案“无图像隐私保护、不受环境光影响、戴手套可识别”的优势，也发现手部与传感器相对距离、手部稳定性对识别成功率的影响，最终带来从技术部署到实际效果验证的手势识别完整测评内容。

小萝卜啦啦啦的评测内容

开箱体验 1. 开箱

这个套装一共有2块板子，一块是STM32F401 NUCLEO开发板，还有一块就是53L8A1。

53L8A1的所有配件

按照官方的介绍，分别是53L8A1本体、2个玻璃盖片（应该是用于屏蔽一些环境中的干扰）、3种不同厚度的垫片（用于测试ToF传感器与玻璃盖片之间空气距离对测量精度的影响）

让我们来仔细看一下开发板

STM32F401开发板的正反面

53L8A1通过arduino的接口与STM32F401连接，最终组合起来的效果

2. 开发板详解

这块开发板非常简单，跳帽很少，分为2个部分：电流测量和通讯接口选择。

电流测量部分跳帽

一共是3个跳帽，分别是核心1.8V、IOVDD、AVDD，原理图如下：

这三路供电是由2个LDO芯片给过来的

通讯接口选择部分跳帽

53L8A1有2种通讯接口：IIC和SPI，开发板默认是选择了IIC。

原理图如下：

多区测距精度与稳定性验证

ST为这个开发套件准备了一个上位机和对应的固件，可以让我们快速开始评估工作，不需要自己去写代码。

1. 软件准备

首先我们安装一下电脑上位机，链接：

https://www.st.com.cn/zh/embedded-software/stsw-img041.html#get-software

下载好的压缩包解压，双击.msi文件安装上位机软件。

安装好后桌面就有了上位机软件的图标。

然后我们准备开发板的固件，首先打开CubeMX，安装ToF套件。（这里不安装也是可以的，刚才安装的上位机软件也可以安装固件）

安装好后可以去到对应的目录下找到如图固件：

STM32开发板连接电脑后会弹出一个U盘，我们直接把这个固件放入U盘，他就会自动下载固件。

这样我们的固件就安装好了。

2.上位机使用

打开上位机后点击“刷新列表”，选择开发板的对应的串口号，最后点击“连接”即可让开发板与上位机连上（如果没有串口号，可以尝试点一下Flash FW，虽然我们刚才已经烧录了固件了，但是我第一次使用时就遇到这个情况，点了Flash就出现串口了，很奇怪，照道理无论里面是否有正确的固件，和是否能识别到串口号应该无关才对。

连接成功后可以看到APP版本号、固件版本号、传感器型号、开发板型号等。

如果你没有固件，就可以点下面的Flash FW，会自动帮你安装软件。

打开串口后，我们来到第一个页面。

这边我们对ToF传感器的参数做配置，还可以对上位机的显示界面做配置。

对于新手朋友来说，这里有很多参数我们其实并不明白其真实含义，例如第一个我明白是选择ToF的分辨率是4X4还是8X8，但是第二个Power Mode可以选择Continuous和Autonomous，连续和自动具体是啥意思呢？好像有点明白，但有没有完全明白。经过我的一番寻找，发现一本官方手册（文件编号UM3109），对这些参数都有详细的解析：https://www.st.com.cn/content/ccc/resource/technical/document/user_manual/group2/0c/c9/e2/d4/27/25/45/50/DM00929552/files/DM00929552.pdf/jcr:content/translations/en.DM00929552.pdf

我把不明白的项目截图出来了：

Ranging mode

Target order

Integration time

Sharpener

其他的我就不解释了，基本上看名字就能知道是干嘛的。

3.测量测试

上位机整明白了，现在开始测试一下他的测距精准度。

首先声明一下，因为我的测试条件有限，没有精准的夹具，只能手持，通过卷尺来验证测距准确程度，无法保证ToF绝对平行于被测平面，并且被测平面、室温、环境光等也和标准实验室的测试条件不一致，所以测试结果只能看个乐，可能有几毫米的误差。

同理因为手持的原因，没法验证测试多区域的精准度（如果双方决定平行，是可以通过ToF视场角和中心点距离，推算出各个分区的实际距离的，可惜我这边环境比较简陋，无法验证）

远距离测试

首先测试是放在桌子边缘，测试桌面到地板的距离。通过卷尺可以知道，桌面和地面的距离是大约755mm。

测试结果：

测试的结果还行，基本上**不离十，偏差还可以，就是不太均匀。

近距离测试

然后测一下近距离，我手持ToF距离桌面100mm进行测量。（因为要一手拿开发板，一手拿卷尺，就没有多出来的手拍照了）

直接上测试结果：

近距离的结果就好多了，很均匀，误差很小了。

总结：我测试了2种距离，近距离的表现不错，精准度都很好。远距离的也还不错，误差和均匀性会稍微差一点。也有可能是我的测试环境不标准有关系。不过稳定性还是很不错的，我测试了好多次，没有出现数据乱飘的情况。

功耗测试 1.硬件电路分析

我们在开箱篇中就提到了，VL53L8CX这个ToF传感器有3个供电，分别是AVDD、CORE_1V8、IOVDD。原理图如下：

我们可以把J1、J2、J3三个跳帽去掉，串入电流表，就可以测量到每一路的功耗情况。

2.测量方案

我这边使用PPK测量电流，接线如下（图示为测量AVDD的电流）：

PPK选择电流模式，采样率和时间都拉满。

3.Datasheet解读

在技术手册中就有标注电流的典型值和MAX值。

这边官方有说明，typ这个数据是在规定的电压、温度、程序下的结果。如果是特殊环境，例如85摄氏度的环境就要看MAX。

我正常室温环境下测试，应该不会有很大的偏差。

然后这边我还注意到Active ranging是指的主动测量（我理解就是对应上位机的Continuous模式），并且功耗大小与4X4还是8X8的分辨率无关。

4.测试

测试条件及项目

根据Datasheet的描述，对于测量时的功耗影响因素就是Power Mode（实际上应该是Ranging mode），其他参数都无关。那我就很好奇采样频率是不是也会影响功耗呢？（其他参数例如Target Mode、Integration Time、Sharpener应该属于数据处理上的一些参数，不太会影响功耗）

因此我们要控制变量，分别比较分辨率、Ranging mode、采样率对功耗的影响。

为了统一测试条件，无论出于何种测试条件下，以下参数均按此值设置：Target Mode为Closest、Integration Time为5（因为在Continuous模式下他是固定的5，在Autonomous模式下可以用户自己配置）、Sharpener为3。

以下为我要进行的测试

1号测试项

AVDD电流

CORE_1V8电流

IOVDD电流

2号测试项

AVDD电流

CORE_1V8电流

IOVDD电流

3号测试项

AVDD电流

CORE_1V8电流

IOVDD电流

4号测试项

AVDD电流

CORE_1V8电流

IOVDD电流

5号测试项

AVDD电流

CORE_1V8电流

IOVDD电流

数据汇总及分析

数据汇总如下：

通过表格我们可以得到以下结论：

① 分辨率并不会影响功耗。

② Ranging mode会影响功耗，Continuous功耗高，Autonomous功耗低。

③ 在Continuous模式下，修改采样频率并不会影响功耗。但是在Autonomous模式下，功耗与采样频率成正比。

上述2、3也是可以通过Ranging mode的描述得到验证，前者激光器会一直开着，后者会在用户设置的时间才开启激光器。所以前者就没有低功耗的状态，后者有低功耗的状态，工作越多功耗就越高。

抗环境光干扰能力测试

测试一下53L8A1的抗环境光干扰能力。

在Datasheet中有说明传感器使用的是940nm的光，他是属于红外光段。测距距离为2cm到400cm。

1.暗室环境测试

由于测量场地在房间内，我没有办法测量其最大值4m的极限，我只能测量地面到天花板的距离。该距离我已经用卷尺测量了，大约为260cm左右。测量时我把房间内灯全部关闭，尽可能的创造黑暗的环境。

因为天花板不是纯平的，ToF测量范围是个锥形的，所以测距结果我们就看中心区域的结果，看垂直距离是否和260接近。

测量结果如下：

可以看到测距结果和260非常接近，精准度还是可以的。

可以看到数据是存在一些波动的，但是总体上是稳定的，没有非常大的波动。

2. 日光环境测试

日光环境测试我找了一个空旷的室外场地，对着一面墙进行测试。

通过测试，我们可以看到，传感器在3m以内时，基本上测距都是稳定，且成功率高的。

但是随着距离逐渐拉远，成功率开始下降，很多区块都不显示距离了（因为置信度太低了，无法输出有效值），到接近4m极限时，只有一两个区域反馈结果了，但是结果的准确度还是可以的，和实际的没有太多偏差。

3. 总结

该传感器对于环境光影响是比较小的，面对暗光环境和日光环境几乎没什么影响（我手上没有能产生大量红外光的场地，我很好奇面对大量和他相同或者类似波段光线的场景下，他是否还能正常工作。）但是其远距离的测量结果并不是非常的完美，3-4m的这个距离下，测距成功率和3m以内差距比较大，越远成功率越低，不过测距精准度还是不错的。

手势识别

P-NUCLEO-53L8A1最吸引我的就是可以实现手势识别，我们今天来体验一下手势识别。

1. 下载软件

ST为我们提供了快速评估其手势识别能力的开发套件，地址：https://www.st.com.cn/zh/embedded-software/stsw-img035.html，随便选择一个下载就行。

在下载的软件包中有固件和上位机软件。

双击EXE即可打开上位机，这个是免安装的，直接用。他启动有点慢，需要多等一会儿。

这是固件，我们体验手势识别，就下载第三个。（烧录固件和之前的一样，直接U盘拖过去即可）

2. 上位机软件使用

软件打开后，我们选择开发板的虚拟串口，然后第二个选择“HANDPOSTURE”，最后点“Start ranging”，启动测量。

数据采样界面如下图所示：

软件预置了几种手势识别模型

进入手势识别界面

如果识别到模型认识的手势，他就会显示结果，点点点就是哪个都不认识。他本质上就是一个分类模型。

测量时我们需要注意开发板的方向，接数据线的那头朝上。

3. 总结

说一下我的感受，通过ToF进行简单的手势识别的技术方案是可行的，但是这个手势识别的Demo还是有改进空间的，识别成功率不是很高（当然我的手会有抖动，距离也不一定，可能不是理想的距离），只有在特定的距离下，手不乱动，他成功率还是可以的。

他的使用场景是存在一些限制的，最大的影响因素就是两者的想对位置，太近或者太远都不行。撇开成本、功耗的问题，它比摄像头方案好的点是环境光对他的影响不大，摄像头很吃环境光的影响。所以我认为在一些有限定条件的场景下，使用ToF识别手势是可行的。

ST ToF工程师总结：

感谢用户“小萝卜啦啦啦”详尽完整的评测内容！从硬件开箱、软件配置、测距精度、功耗测试，到环境光抗干扰及手势识别功能的多维度验证，展示了VL53L8CX传感器真实应用场景下的全面考察，特别是在复杂环境光条件下依然保持优异表现，体现了VL53L8CX卓越的测距精准度和稳定性。在对手势识别的深入探索这部分，小萝卜啦啦啦客观指出识别成功率受距离和手部稳定性的影响。但VL53L8CX传感器凭借“无图像隐私保护、抗环境光干扰及支持佩戴手套识别”的独特优势，展现出广阔的应用潜力，期待各位工程师进一步挖掘和创新。