初学者
10 分钟

使用ST1VAFE6AX和STM32G474RE实现生物电势信号检测与运动跟踪

带有vAFE(垂直模拟前端)的6轴IMU与生物传感器解决方案,用于生物电势信号检测

6DOF IMU 25 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 12月 12, 2024

点击板

6DOF IMU 25 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

结合生物电势感测与运动追踪功能,非常适合心电图(ECG)、心率监测和可穿戴活动追踪应用

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

6DOF IMU 25 Click 基于 STMicroelectronics 的 ST1VAFE6AX,这是一款先进的生物传感器,集成了用于生物电位信号检测的垂直模拟前端(vAFE)和高性能六轴惯性测量单元(IMU)。该双功能设备结合了三轴数字加速度计(具有可选全量程范围 ±2/±4/±8/±16 g)和三轴数字陀螺仪(提供 ±125/±250/±500/±1000/±2000/±4000 dps 范围)用于精确的运动追踪。传感器还包括尖端功能,如有限状态机(FSM)、低功耗传感器融合(SFLP)、自适应自配置(ASC)和具有 AI 功能的滤波器的机器学习核心(MLC),可确保在各种应用中的多功能性能。ST1VAFE6AX 的创新 vAFE 通道针对低功耗操作进行了优化,并支持可配置的输入阻抗,从而可以从 BIO 接口轻松采集生物电位信号以及运动数据。此同步集成确保了传感器级别的情境感知分析,最大程度

地减少了延迟和功耗。通过利用其嵌入式功能(如 FSM 和 MLC),传感器实现了独立处理,减轻了微控制器的工作负担,并支持高效的边缘计算。结果是一个紧凑而多功能的解决方案,可在资源受限的环境中执行高级信号处理和机器学习任务。内置的 4.5KB FIFO 缓冲区具有压缩和动态数据分配功能,进一步增强了系统的功率效率,实现了优化的数据处理并减少了处理器干预。vAFE 和 IMU 的综合能力使 6DOF IMU 25 Click 成为需要精确生物电位信号监测和运动分析的应用的理想选择,例如心率和脉搏监测、心电图(ECG)、活动跟踪和数字医疗中的健康状态检测,以及可穿戴和便携设备。通过 I2C 或 SPI 接口访问生物电位和运动数据,I2C 最大频率为 1MHz,SPI 为 10MHz。通过调整标有 COMM SEL 的 SMD 跳线进行选择。需要注意的是,所有跳线的位置必须位于

同一侧,否则 Click 板可能无法响应。在选择 I2C 接口时,ST1VAFE6AX 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)。此板还具有两个中断引脚,I1 和 I2,分别通过 mikroBUS™ 插座上的 INT 和 AN 引脚连接,用户可通过串行接口完全编程。事件检测中断支持高效且可靠的运动跟踪和情境感知,能够硬件识别自由落体事件、6D 方向、单击和双击检测、活动/非活动状态、静止/运动检测和唤醒事件。此 Click 板仅能在 3.3V 逻辑电压下运行。使用不同逻辑电平的 MCU 前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

6DOF IMU 25 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R 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 STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

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

Interrupt 2
PA15
AN
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
NC
NC
PWM
Interrupt 1
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

6DOF IMU 25 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 STM32G474RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 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 Compiler Selection Step Image 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

软件支持

库描述

该库包含 6DOF IMU 25 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • c6dofimu25_get_int1_pin - 此函数返回中断1引脚的逻辑状态。

  • c6dofimu25_get_data - 此函数读取加速度计、陀螺仪和温度测量数据。

  • c6dofimu25_set_accel_fsr - 此函数设置加速度计测量的全量程范围。

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 6DOF IMU 25 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of 6DOF IMU 25 Click board by reading and displaying 
 * the accelerometer and gyroscope data (X, Y, and Z axis) as well as a temperature measurement
 * in degrees Celsius.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for a data ready indication and then reads the accelerometer, gyroscope, and temperature
 * measurements. The results are displayed on the USB UART at 7.5 Hz output data rate.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "c6dofimu25.h"

static c6dofimu25_t c6dofimu25;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    c6dofimu25_cfg_t c6dofimu25_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.
    c6dofimu25_cfg_setup( &c6dofimu25_cfg );
    C6DOFIMU25_MAP_MIKROBUS( c6dofimu25_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = c6dofimu25_init( &c6dofimu25, &c6dofimu25_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( C6DOFIMU25_ERROR == c6dofimu25_default_cfg ( &c6dofimu25 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    c6dofimu25_data_t meas_data;
    if ( c6dofimu25_get_int1_pin ( &c6dofimu25 ) ) 
    {
        if ( C6DOFIMU25_OK == c6dofimu25_get_data ( &c6dofimu25, &meas_data ) )
        {
            log_printf( &logger, " Accel X: %.3f g\r\n", meas_data.accel.x );
            log_printf( &logger, " Accel Y: %.3f g\r\n", meas_data.accel.y );
            log_printf( &logger, " Accel Z: %.3f g\r\n", meas_data.accel.z );
            log_printf( &logger, " Gyro X: %.1f dps\r\n", meas_data.gyro.x );
            log_printf( &logger, " Gyro Y: %.1f dps\r\n", meas_data.gyro.y );
            log_printf( &logger, " Gyro Z: %.1f dps\r\n", meas_data.gyro.z );
            log_printf( &logger, " Temperature: %.2f degC\r\n\n", meas_data.temperature );
        }
    }
}

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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