初学者
10 分钟

使用BNO085和STM32F446RE检测手势、活动水平和方向

用于高精度运动跟踪和上下文感知的9轴IMU系统级封装(SiP)解决方案

Smart DOF 4 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 12月 23, 2024

点击板

Smart DOF 4 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

利用高精度和先进的上下文感知技术跟踪运动,9轴IMU非常适合增强现实/虚拟现实(AR/VR)和机器人技术应用

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Smart DOF 4 Click 基于 CEVA 的 BNO085,这是一款 9 轴 IMU 系统封装 (SiP),专为先进应用提供高精度运动跟踪和上下文感知功能。BNO085 集成了三轴 12 位加速度计(±8g 范围)、三轴 16 位陀螺仪(±2000°/秒范围)、三轴地磁传感器以及运行 CEVA SH-2 固件的 32 位 ARM® Cortex™-M0+ 微控制器。此 IMU 芯片可实时提供校准的三维方向、航向、线性加速度和角速度数据,是消费电子(如 AR/VR 头部跟踪器)、机器人、物联网设备等各种基于运动的解决方案的理想选择。BNO085 的一大优势在于其动态校准能力,可补偿温度变化和传感器老化等环境因素对数据的影响。它还支持多种 3D 定位输出,包括旋转矢量、线性加速度和重力,确保在不同场景中的精

确性能。SiP 的核心是搭载 CEVA MotionEngine™ 技术的 SH-2 软件。MotionEngine 能将 MEMS 传感器的原始运动数据转化为准确、可操作的运动输出,支持手势检测、活动监控和动态运动控制等应用。此外,其“始终在线”功能提供诸如步数计数、稳定性检测、敲击检测和手势识别等特性。SH-2 固件兼容 Android 系统,支持 Android 4.4 KitKat 中定义的传感器类型。传感器数据通过 I2C 或 SPI 接口访问,I2C 的最大频率为 400kHz,SPI 的最大频率为 3MHz。接口选择通过标有 COMM SEL 的 SMD 跳线设置完成。需注意,所有跳线位置必须在同一侧,否则 Click 板可能无法响应。在选择 I2C 接口时,BNO085 允许通过标有 ADDR SEL 的 SMD 跳线选择

其 I2C 地址的最低有效位 (LSB)。此外,此板还利用 mikroBUS™ 插座上的额外引脚来增强功能。WUP 引脚在 SPI 通信期间从睡眠模式唤醒处理器,确保高效电源管理。RST 引脚提供传感器的复位功能,通过 LOW 逻辑电平激活;而 INT 引脚作为中断线,用于信号操作期间检测的各种事件。此外,BNO085 支持通过位于板顶部的未焊接插针的次级 I2C 接口集成环境传感器(如压力或环境光传感器)。此 Click 板™ 只能在 3.3V 逻辑电平下运行。在使用不同逻辑电平的 MCU 前,必须执行适当的逻辑电平转换。它还配备了包含易用函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Smart DOF 4 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset / ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
SPI Wake-Up
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Smart DOF 4 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F446RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Smart DOF 4 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • smartdof4_read_pid - 此功能读取产品ID信息。

  • smartdof4_feature_set - 此功能设置完整的功能报告。

  • smartdof4_read_data - 此功能从输入报告中读取加速度计(g)、陀螺仪(dps)和磁力计(uT)的三轴数据。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Smart DOF 4 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Smart DOF 4 Click board by reading
 * the accelerometer, gyroscope, and magnetometer data measurements.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration enabling
 * accelerometer, gyroscope, and magnetometer sensors with an output data rate of 10Hz.
 * After that, it reads the software version, part number, and build number information.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the accelerometer (g), gyroscope (dps), and magnetometer (uT) measurements
 * and displays results on the USB UART every 100ms approximately.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "smartdof4.h"

static smartdof4_t smartdof4;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    smartdof4_cfg_t smartdof4_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    smartdof4_cfg_setup( &smartdof4_cfg );
    SMARTDOF4_MAP_MIKROBUS( smartdof4_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = smartdof4_init( &smartdof4, &smartdof4_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SMARTDOF4_ERROR == smartdof4_default_cfg ( &smartdof4 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    smartdof4_pid_t pid;
    if ( SMARTDOF4_OK == smartdof4_read_pid ( &smartdof4, &pid ) )
    {
        log_printf ( &logger, " SW Version: %u.%u.%u\r\n", ( uint16_t ) pid.sw_ver_major, 
                                                           ( uint16_t ) pid.sw_ver_minor, 
                                                           ( uint16_t ) pid.sw_ver_patch );
        log_printf ( &logger, " SW Part Number: %lu\r\n", pid.sw_part_num );
        log_printf ( &logger, " SW Build Number: %lu\r\n\n", pid.sw_build_num );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    static smartdof4_axis_t accel, gyro, mag;
    if ( SMARTDOF4_OK == smartdof4_read_data ( &smartdof4, &accel, &gyro, &mag ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Accel X: %.3f g\r\n", accel.x );
        log_printf ( &logger, " Accel Y: %.3f g\r\n", accel.y );
        log_printf ( &logger, " Accel Z: %.3f g\r\n", accel.z );
        log_printf ( &logger, " Gyro X: %.1f dps\r\n", gyro.x );
        log_printf ( &logger, " Gyro Y: %.1f dps\r\n", gyro.y );
        log_printf ( &logger, " Gyro Z: %.1f dps\r\n", gyro.z );
        log_printf ( &logger, " Mag X: %.1f uT\r\n", mag.x );
        log_printf ( &logger, " Mag Y: %.1f uT\r\n", mag.y );
        log_printf ( &logger, " Mag Z: %.1f uT\r\n\n", mag.z );
        Delay_ms ( 100 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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