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使用MTi-3和STM32F103RB获取高精度3D方位数据

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XSENS MTi-3 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

XSENS MTi-3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

在动态条件下实现异常的横滚、俯仰和偏航精度(横滚/俯仰为1.0º RMS,偏航为2º RMS),确保稳定和受控的运动。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

XSENS MTi-3 Click基于Xsens的MTi-3,这是一个自包含的姿态航向和参考系统(AHRS)、垂直参考单元(VRU)和惯性测量单元(IMU)模块。MTi-3模块支持MTi-1系列的所有功能,包括3D加速度计、3D陀螺仪、高精度晶体、低功耗MCU,同时也是全磁强计增强的AHRS。它可以输出3D方向数据、自由加速度和校准的传感器数据(转速、磁场)。MTi-3可以根据应用需求轻松配置输出,并可设置为使用Xsens传感器融合引擎中可用的滤波器配置文件之一。通过这种方式,MTi-3模块限制了用户应用处理器的负载和功耗。此Click board™配备了一个USB Type-C连接器。它允许通过FTDI的高度集成的USB到UART桥接解决方案FT230X,通过个人电脑(PC)为模块供电和配置。该桥接解决方案被设计为与USB主控制器高效配合,尽可能减少与总USB带宽相比的带宽使用。该模块还可以通过免费下载的Xsens MT软件套件轻松配置为惯性测量单元

(IMU)、垂直参考单元(VRU)或甚至是姿态和航向参考系统(AHRS),应用Xsens的强大Kalman滤波XKF3核心。XSENS MTi-3 Click有两个电源引脚。第一个引脚代表模块的主电源,通过Diodes Incorporated的低压差线性稳压器AP7331供电,它从USB到UART解决方案接收5V电源,输出3.3V,用作模块的主电源。第二个引脚代表数字供电电压,由来自mikroBUS™插座的3.3V直接供电。此Click board™使用UART接口与MCU通信作为其默认通信接口,但也允许用户使用其他接口,如SPI和I2C,如果他想自己配置模块并编写库。通过将标有PSEL的SMD跳线放置在适当位置,可以通过外围选择引脚选择所需的接口。模块在启动时读取这些引脚的状态,并配置其外围接口。要更改所选的接口,必须首先设置这些引脚的逻辑电平,然后重新设置模块。通过将标有COMM SEL的SMD跳线放置在适当位置,可以在UART/I2C和SPI/I2C接口之间进行选择。

用户还可以通过将标有ADDR SEL的SMD跳线放置在适当位置,通过ADD0、ADD1和ADD2引脚配置I2C从地址。请注意,所有跳线必须放置在同一侧,否则Click board™可能会变得无响应。在mikroBUS™插座的RST和AN引脚上的其他功能允许用户使用复位功能并接收最新可用的数据消息。此外,此Click board™具有两个引脚,INT和PWM引脚,可以以多种方式使用。例如,它可以在UART全双工模式下用作串行UART连接CTS和RTS,或者在UART半双工模式下用作RX/TX控制信号。除了这些功能之外,INT引脚也可以用作经典中断功能。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平操作。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

XSENS MTi-3 Click top side image
XSENS MTi-3 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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 STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

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

Interface Sync
PC0
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
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
UART RTS
PC8
PWM
UART CTS
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
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

XSENS MTi-3 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 STM32F103RB 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
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background 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 XSENS MTi-3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • xsensmti3_parser - XSENS MTi-3通用解析器

  • xsensmti3_get_data - 获取XSENS MTi-3的横滚、俯仰和偏航数据

  • xsensmti3_check_package - 检查XSENS MTi-3数据包

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 XSENS MTi-3 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example reads and processes data from XSENS MTi-3 clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver and wake-up module.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the received data and parses it. Shows Roll, Pitch and Yaw data.
 *
 * ## Additional Function
 * - void xsensmti3_process ( void ) - The general process of collecting data the module sends.
 *
 * @author Mikroe Team
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "xsensmti3.h"

#define PROCESS_RX_BUFFER_SIZE 200
#define PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE 1000

static xsensmti3_t xsensmti3;
static log_t logger;

static uint8_t current_parser_buf[ PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE ];
static uint8_t parser_buf_cnt;
static uint8_t active_flag;
static uint8_t start_rsp;
static uint16_t rsp_cnt;

static xsensmti3_parse_t parse_data_obj;
static xsensmti3_data_t data_obj;

/**
 * @brief XSENS MTi-3 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer.
 * @return Nothing.
 * @note None.
 */
static void xsensmti3_process ( void );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    xsensmti3_cfg_t xsensmti3_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.
    xsensmti3_cfg_setup( &xsensmti3_cfg );
    XSENSMTI3_MAP_MIKROBUS( xsensmti3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == xsensmti3_init( &xsensmti3, &xsensmti3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    uint8_t check_data = 0;
    uint8_t cnt = 0;

    xsensmti3_process( );

    // STARTS COLLECTING DATA
    if ( active_flag == XSENSMTI3_WAIT_FOR_START )
    {
        memset( &current_parser_buf[ 0 ], 0 , PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE );
        parser_buf_cnt = 0;
        active_flag = 0;
        start_rsp = 0;
        rsp_cnt = 0;
        active_flag = XSENSMTI3_START_PROCESS;
    }

    if ( ( parser_buf_cnt > 100 ) && ( active_flag == XSENSMTI3_START_PROCESS ) )
    {
       active_flag = XSENSMTI3_DATA_PROCESSING;
    }

    if ( active_flag == XSENSMTI3_DATA_PROCESSING )
    {
        check_data = xsensmti3_check_package( &current_parser_buf[ 0 ], &start_rsp );
        if ( check_data == XSENSMTI3_OK )
        {
            active_flag = XSENSMTI3_PARSER_DATA;
        }
        else
        {
            active_flag = XSENSMTI3_WAIT_FOR_START;
        }
    }

    if ( active_flag == XSENSMTI3_PARSER_DATA )
    {
       xsensmti3_parser( &current_parser_buf[ 0 ], start_rsp, &parse_data_obj );

       log_printf( &logger, ">> Quaternion data <<\r\n" );

       for ( cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
       {
           log_printf( &logger, ">> Q: %f\r\n", parse_data_obj.quat_obj.quat_data[ cnt ] );
       }

       log_printf( &logger, "--------------\r\n" );

       xsensmti3_get_data( &parse_data_obj.quat_obj, &data_obj );

       log_printf( &logger, ">> ROLL:  %.4f \r\n", data_obj.roll );
       log_printf( &logger, ">> PITCH: %.4f \r\n", data_obj.pitch );
       log_printf( &logger, ">> YAW:   %.4f \r\n", data_obj.yaw );

       active_flag = XSENSMTI3_WAIT_FOR_START;

       log_printf( &logger, "--------------\r\n" );
    }
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
}

static void xsensmti3_process ( void ) 
{
    int32_t rsp_size;
    
    uint8_t uart_rx_buffer[ PROCESS_RX_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    
    rsp_size = xsensmti3_generic_read( &xsensmti3, &uart_rx_buffer, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );
    
    if ( rsp_size > 0 )
    {  
        parser_buf_cnt += rsp_size;
        if ( rsp_cnt + rsp_size < PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE )
        {
            strncat( &current_parser_buf[ rsp_cnt ], uart_rx_buffer, rsp_size );
            rsp_cnt += rsp_size;
        }
        else
        {
            memset( &current_parser_buf[ 0 ], 0 , PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE );
            parser_buf_cnt = 0;
            active_flag = 0;
            start_rsp = 0;
            rsp_cnt = 0;
        }
        
        memset( uart_rx_buffer, 0, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );
    } 
    else 
    {
        Delay_ms( 100 );
    }
}

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

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资源

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