初学者
10 分钟

使用LIS2DUXS12和ATmega328捕获超精确的加速度数据并检测电荷变化

精确的加速度测量和电荷变化检测

Accel&Qvar Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

Accel&Qvar Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

设计用于精确加速度测量和电荷检测,非常适用于开发智能设备和物联网应用。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Accel&Qvar Click基于STMicroelectronics的LIS2DUXS12,这是一款超低功耗加速度计,以其集成Qvar技术、人工智能和抗混叠滤波器而著称。该组件由于其设计而突出,可以在最小化功耗的同时融合先进功能。LIS2DUXS12内嵌了一个数字3轴加速度计,融合了MEMS和ASIC技术,具有一系列功能,包括始终开启的抗混叠滤波器、有限状态机(FSM)和带有自适应自配置(ASC)的机器学习核心(MLC)。此外,它还内置了一个模拟中心以及一个Qvar感应通道。包括FSM和具有ASC的MLC使得LIS2DUXS12具有卓越的边缘处理能力。与此同时,模拟中心和Qvar感应通道为系统优化铺平了道路。LIS2DUXS12提供可调的全量程,包括±2g、±4g、±8g和±16g,并且可以准确测量加速度,输出数据速率(ODR)范围从1.6Hz到800Hz。其内置引擎处理运动和加速度检测,如自由落体、唤醒事件和多次点击识别,以及活动/静止监测和方向检测。LIS2DUXS12的操作模式包括高性能、低功耗、超低功耗和一次性,确保在不

同应用中具有多样性。值得注意的是,其低功耗模式采用强大的抗混叠滤波器,保持低能耗。这些特性使其非常适用于各种应用,包括可穿戴技术、便携式医疗设备和运动触发用户界面。正如前文所述,LIS2DUXS12嵌入了一个Qvar传感器,用于检测与设备连接的外部电极附近的电荷变化,本例中为两组电极。上部电极对可以用作雷达,默认情况下处于禁用状态。您可以通过焊接两个未焊接的R8和R15 0欧姆电阻器来启用它。两个箭头形状的电极是敏感触摸界面的一部分,能够检测触摸、按压或刷卡。两个3引脚头可用于将外部电极连接到传感器的Q1和Q2 Qvar通道。这些电极可以用于所有提到的Qvar功能。此Click board™可以通过COMM SEL跳线选择I2C和SPI接口之一与主机MCU进行通信,默认情况下选择I2C。为了使此Click board™正常工作,必须将所有四个跳线设置到适当的位置。标准的2线I2C接口支持快速模式(400kHz)和快速加速模式(1MHz)时钟频率。I2C地址可以通过ADDR SEL跳线选择,默认情况下设置为0。

如果您的选择是SPI,则此Click board™支持时钟频率高达10MHz的3线和4线SPI串行接口。可以配置设备以生成来自独立惯性唤醒/自由落体事件或来自设备位置的中断信号。此中断发生器的阈值和时序可以由用户在运行时进行编程。还提供了自动可编程的睡眠唤醒和返回睡眠功能,以增强节能。设备中断信号可以作为自由落体(3轴下限识别)、唤醒(轴识别)、唤醒到睡眠(状态变化识别活动睡眠也称为活动/静止)、6D和4D方向检测(位置变化识别)、点击-点击:单轴、双轴、三轴和符号识别。要在IT1和IT2引脚上使用此功能,请安装默认情况下未安装的R18和R19电阻器。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Accel&Qvar Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

32

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 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电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Interrupt 1
PC0
AN
ID SEL
PD2
RST
SPI Select / ID COMM
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt 2
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Accel&Qvar Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 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
Arduino UNO 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 Accel&Qvar Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • accelqvar_get_axes_data - 此函数读取加速度计传感器轴数据。

  • accelqvar_get_qvar_data - 此函数读取 Qvar 静电传感器数据输出。

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 AccelQvar Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the AccelQvar Click driver. 
 * The library initializes and defines the I2C and SPI drivers to write and read data 
 * from registers and the default configuration for reading the accelerator data 
 * and Qvar electrostatic sensor measurement.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of I2C and SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the AccelQvar Click board.
 * Measures and displays acceleration data for the X-axis, Y-axis, and Z-axis [mg] 
 * and detects and displays a touch position and the strength of a touch.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "accelqvar.h"

// Qvar sensing - the threshold for touch detection, position and sensitivity
#define ACCELQVAR_THOLD_DETECT_TOUCH    1.0
#define ACCELQVAR_TOUCH_ZERO            0.0
#define ACCELQVAR_THOLD_SENS            1.3

static accelqvar_t accelqvar;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    accelqvar_cfg_t accelqvar_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.
    accelqvar_cfg_setup( &accelqvar_cfg );
    ACCELQVAR_MAP_MIKROBUS( accelqvar_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = accelqvar_init( &accelqvar, &accelqvar_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 100 );

    if ( ACCELQVAR_ERROR == accelqvar_default_cfg ( &accelqvar ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 100 );

    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "_________________\r\n" );
}

void application_task ( void )
{
    accelqvar_axes_t acc_axis;
    if ( ACCELQVAR_OK == accelqvar_get_axes_data( &accelqvar, &acc_axis ) )
    {
        log_printf( &logger, " Accel X: %.2f mg\r\n", acc_axis.x );
        log_printf( &logger, " Accel Y: %.2f mg\r\n", acc_axis.y );
        log_printf( &logger, " Accel Z: %.2f mg\r\n", acc_axis.z );
        log_printf( &logger, "_________________\r\n" );
    }

    float qvar = 0;
    if ( ACCELQVAR_OK == accelqvar_get_qvar_data( &accelqvar, &qvar ) )
    {
        if ( abs( qvar ) > ACCELQVAR_THOLD_DETECT_TOUCH )
        {
            uint8_t touch_strength = ( uint8_t ) ( abs( qvar ) / ACCELQVAR_THOLD_SENS );
            log_printf( &logger, " Touch position: " );
            if ( qvar < ACCELQVAR_TOUCH_ZERO )
            {
                log_printf( &logger, " Left\r\n" );
            }
            else
            {
                log_printf( &logger, " Right\r\n " );
            }
            log_printf( &logger, " Strength: " );
            while ( touch_strength )
            {
                log_printf( &logger, "|" );
                touch_strength--;
            }
            log_printf( &logger, "\r\n_________________\r\n" );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

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

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