概述

本文檔詳細介紹了如何使用匿名助手的上位機實現(xiàn)加速度計和陀螺儀數(shù)據(jù)的可視化顯示。內(nèi)容涵蓋了加速度計和陀螺儀的工作原理、上位機通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理流程以及具體的代碼實現(xiàn)。通過本文檔，讀者可以了解如何通過串口通訊協(xié)議將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，并進行實時的曲線顯示和數(shù)據(jù)分析。

最近在弄ST和瑞薩RA的課程，需要樣片的可以加群申請：615061293 。

視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1HU411S7Az/]

樣品申請

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89590386]

硬件準備

首先需要準備一個開發(fā)板，這里我準備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進行申請。
主控為STM32H503CB，陀螺儀為LSM6DSOW，磁力計為LIS2MDL。

參考坐標(biāo)系

加速度計工作方式

假設(shè)立方體在外太空，那里的一切都是失重的，球會簡單地漂浮在立方體的中心。

現(xiàn)在，假設(shè)每面墻代表一個特定的軸。

如果我們突然以 1g 的加速度向左移動盒子（單個 G 力 1g 相當(dāng)于重力加速度 9.8 m/s 2），球無疑會撞到墻壁 X。如果我們測量球?qū)Ρ谑┘拥牧，我們可以得到沿X軸的輸出值為1g。

讓我們看看當(dāng)我們把那個立方體放在地球上時會發(fā)生什么。球?qū)⒑唵蔚芈湓趬?Z 上，施加 1g 的力，如下圖所示：

在這種情況下，盒子沒有移動，但我們?nèi)匀辉?Z 軸上得到 1g 的讀數(shù)。這是因為重力（實際上是加速度的一種形式）以 1g 的力向下拉球。

雖然此模型并不完全代表真實世界的加速度計傳感器是如何構(gòu)建的，但它通常有助于理解為什么加速度計的輸出信號通常以 ±g 為單位指定，或者為什么加速度計在靜止時在 z 軸上讀數(shù)為 1g，或者您可以在不同方向上獲得什么樣的加速度計讀數(shù)。

上位機通訊

這里使用的是匿名助手的上位機

https://gitee.com/anotc/AnoAssistant

有專門的通訊協(xié)議

串口通訊協(xié)議格式如下所示，需要注意傳輸為小端模式傳輸。

對應(yīng)的源地址和目標(biāo)地址分別為0xFD和0xFE。

我們只需要上報加速度和陀螺儀數(shù)據(jù)，所以功能碼為0x01，數(shù)據(jù)長度為0x0D，需要主要為小端模式傳輸。

加速度演示

實測移動模塊分別為X、Y、Z軸向下，可以看見數(shù)值基本上為1000mg。

加速度曲線顯示

設(shè)置數(shù)據(jù)列表->添加波形，可以添加加速度或者角速度曲線

可以通過右下角設(shè)置具體顯示。

陀螺儀工作方式

加速度計測量線性加速度，而陀螺儀測量角旋轉(zhuǎn)。為此，他們測量了科里奧利效應(yīng)產(chǎn)生的力。

陀螺儀是一種運動傳感器，能夠感測物體在一軸或多軸上的旋轉(zhuǎn)角速度。它能夠精確地感測自由空間中復(fù)雜的移動動作，因此成為追蹤物體移動方位和旋轉(zhuǎn)動作的必要設(shè)備。與加速計和電子羅盤不同，陀螺儀不需要依賴外部力量（如重力或磁場），可以自主地發(fā)揮其功能。因此，從理論上講，只使用陀螺儀就可以完成姿態(tài)導(dǎo)航的任務(wù)。

陀螺儀的每個通道檢測一個軸的旋轉(zhuǎn)。也就是說陀螺儀通過測量自身的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷出設(shè)備當(dāng)前運動狀態(tài)，是向前、向后、向上、向下、向左還是向右呢，是加速（角速度）還是減速（角速度）呢，都可以實現(xiàn)，但是要判斷出設(shè)備的方位（東西南北），陀螺儀就沒有辦法。

MEMS陀螺儀主要利用科里奧利力（旋轉(zhuǎn)物體在有徑向運動時所受到的切向力）原理，公開的微機械陀螺儀均采用振動物體傳感角速度的概念，利用振動來誘導(dǎo)和探測科里奧利力。

MEMS陀螺儀的核心是一個微加工機械單元，在設(shè)計上按照一個音叉機制共振運動，通過科里奧利力原理把角速率轉(zhuǎn)換成一個特定感測結(jié)構(gòu)的位移。

兩個相同的質(zhì)量塊以方向相反的做水平震蕩。當(dāng)外部施加一個角速率，就會出現(xiàn)一個科氏力，力的方向垂直于質(zhì)量運動方向，如垂直方向箭頭所示。產(chǎn)生的科氏力使感測質(zhì)量發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比，科氏力引起的電容變化即可計算出角速率大小。

科里奧利效應(yīng)指出，當(dāng)質(zhì)量 (m) 以速度 (v) 沿特定方向移動并施加外部角速率 (Ω)（紅色箭頭）時，科里奧利效應(yīng)會產(chǎn)生一個力（黃色箭頭），導(dǎo)致質(zhì)量垂直移動。該位移的值與應(yīng)用的角速率直接相關(guān)。

上報源碼

/* USER CODE BEGIN 2 */
    printf("HELLO!n");
  HAL_GPIO_WritePin(CS1_GPIO_Port, CS1_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_GPIO_WritePin(CS2_GPIO_Port, CS2_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(100);


  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  /* Initialize mems driver interface */
  dev_ctx.write_reg = platform_write;
  dev_ctx.read_reg = platform_read;
  dev_ctx.mdelay = platform_delay;
  dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
  /* Init test platform */
//  platform_init();
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);
  /* Check device ID */
  lsm6dso_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
    printf("LSM6DSO_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSO_ID,whoamI);
  if (whoamI != LSM6DSO_ID)
    while (1);

  /* Restore default configuration */
  lsm6dso_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lsm6dso_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

  /* Disable I3C interface */
  lsm6dso_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSO_I3C_DISABLE);
  /* Enable Block Data Update */
  lsm6dso_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  /* Set Output Data Rate */
  lsm6dso_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_ODR_52Hz);
  lsm6dso_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_ODR_52Hz);
  /* Set full scale */
  lsm6dso_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2g);
  lsm6dso_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2000dps);
  /* Configure filtering chain(No aux interface)
   * Accelerometer - LPF1 + LPF2 path
   */
  lsm6dso_xl_hp_path_on_out_set(&dev_ctx, LSM6DSO_LP_ODR_DIV_100);
  lsm6dso_xl_filter_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);


    int16_t    acc_int16[3]    ={0,0,0};
    int16_t    gyr_int16[3]        ={0,0,0};    
    float acc[3] = {0};
    float gyr[3] = {0};
    uint8_t data[21]={0};
    data[0]=0xAB;//幀頭
    data[1]=0xFD;//源地址
    data[2]=0xFE;//目標(biāo)地址        
    data[3]=0x01;//功能碼ID    
    data[4]=0x0D;//數(shù)據(jù)長度LEN
    data[5]=0x00;//數(shù)據(jù)長度LEN 13

uint8_t sumcheck = 0;
uint8_t addcheck = 0;    

  /* USER CODE END 2 */
    /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    uint8_t reg;
    /* Read output only if new xl value is available */
    lsm6dso_xl_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] =
        lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
//      printf( "Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//              acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);
        //匿名上位機
        acc_int16[0]=(int16_t)(acceleration_mg[0]);
        acc_int16[1]=(int16_t)(acceleration_mg[1]);        
        acc_int16[2]=(int16_t)(acceleration_mg[2]);    
    }

    lsm6dso_gy_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read angular rate field data */
      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6dso_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);
      angular_rate_mdps[0] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);
      angular_rate_mdps[1] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);
      angular_rate_mdps[2] =
        lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[2]);
//      printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//              angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);
        gyr_int16[0]=(int16_t)(angular_rate_mdps[0]/1000);        
        gyr_int16[1]=(int16_t)(angular_rate_mdps[1]/1000);    
        gyr_int16[2]=(int16_t)(angular_rate_mdps[2]/1000);    
    }

//    lsm6dso_temp_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

//    if (reg) {
//      /* Read temperature data */
//      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
//      lsm6dso_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
//      temperature_degC =
//        lsm6dso_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
//      printf("Temperature [degC]:%6.2frn", temperature_degC);

//    }        



        data[7]=acc_int16[0] >>8;//ACC_X
        data[6]=acc_int16[0];
        data[9]=acc_int16[1] >>8;//ACC_Y
        data[8]=acc_int16[1];
        data[11]=acc_int16[2] >>8;//ACC_Z
        data[10]=acc_int16[2];

        data[13]=gyr_int16[0] >>8;//GYR_X 
        data[12]=gyr_int16[0];        
        data[15]=gyr_int16[1] >>8;//GYR_Y 
        data[14]=gyr_int16[1];            
        data[17]=gyr_int16[2] >>8;//GYR_Z 
        data[16]=gyr_int16[2];    

        data[18]=0;    

sumcheck = 0;
addcheck = 0;
for(uint16_t i=0; i < 19; i++)
{
sumcheck += data[i]; //從幀頭開始，對每一字節(jié)進行求和，直到 DATA 區(qū)結(jié)束
addcheck += sumcheck; //每一字節(jié)的求和操作，進行一次 sumcheck 的累加
}
data[19]=sumcheck;
data[20]=addcheck;

    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&data, 21, 0xFFFF);


HAL_Delay(10);





    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示

旋轉(zhuǎn)X軸的加速度數(shù)據(jù)。

旋轉(zhuǎn)Y軸的加速度數(shù)據(jù)。

旋轉(zhuǎn)Z軸的加速度數(shù)據(jù)。

旋轉(zhuǎn)X軸的角速度數(shù)據(jù)。

旋轉(zhuǎn)Y軸的角速度數(shù)據(jù)。

旋轉(zhuǎn)Z軸的角速度數(shù)據(jù)。

審核編輯 黃宇