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使用MPU6050和STM32G431RB检测冲击和突然的运动变化

加速度计:小设备,大影响

Accel 8 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Accel 8 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

测量加速度力并实现对物体运动及其随时间变化的速度变化的精确监测。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Accel 8 Click基于TDK Invensense的MPU6050,这是一款运动跟踪传感器IC。它是一款先进的、集成的微机电陀螺仪和加速度计传感器(MEMS),配备了强大的数据处理引擎。每个轴上都有相应的加速度计或陀螺仪MEMS。每个MEMS的输出通过单独的σ-Δ 16位A/D转换器(ADC)进行处理和数字化。用户可以通过可编程低通滤波器处理输出,并且可以选择样本率。三轴陀螺仪MEMS可以被编程为在每个轴上测量旋转,旋转速度的四个不同范围(每角度度,DPS)为±250、±500、±1000和±2000。三轴加速度计MEMS可以被编程为在每个轴上测量加速度,四个不同的加速度范围为±2g、±4g、±8g和±16g。用户可以根据应用需求选择最佳范围。嵌入式数字运动处理器™可以在不占用主控微控制器(MCU)的处理周期的情况下处理复杂的6轴运动检测和手势识别算法,非常适合各种低功耗应用。DMP引擎

提供了高输出数据率(ODR),提高了测量精度。由于DMP硬件加速的运动检测算法,MPU60x0非常受欢迎的运动跟踪IC,并且有许多不同的设计使用MPU6050和MPU6000(例如MPU IMU Click)。与MPU6000不同,MPU6050使用I2C通信接口。MPU6050集成了一个功能强大的可编程中断引擎。中断引擎可以为多个中断源生成中断引脚上的信号,包括FIFO缓冲区溢出、数据准备、I2C主错误和I2C从错误。中断被路由到mikroBUS™的INT引脚。FIFO缓冲区有助于进一步减轻处理负荷,为输出数据提供临时存储。MPU6050具有1024字节的FIFO缓冲区容量。用户可以选择将哪些数据存储在FIFO缓冲区中:陀螺仪数据、加速度计数据、温度读数和辅助传感器读数。一旦FIFO缓冲区满了,它将开始丢弃最旧的数据,以便写入新数据。FIFO缓冲区溢出条件可以用来触发中断,向主机MCU报告其状态。

MPU6050的另一个强大特性是它能够与额外的传感器(如3轴罗盘)进行接口连接。通过在芯片上使用MotionFusion™固件以及运行时校准,它提供了完整的9轴运动感应解决方案。该传感器可以连接到辅助I2C引脚,路由到mikroBUS™。辅助I2C时钟引脚路由到mikroBUS™的RST引脚,并标记为CL,而辅助I2C数据引脚路由到mikroBUS™的AN引脚,并标记为DA。除了罗盘传感器,还可以连接其他使用I2C接口的通用传感器。如果MPU6050和辅助传感器之间的通信存在错误,可以生成中断。MPU6050的I2C地址可以通过ADD SEL跳线选择。该SMD跳线用于选择7位I2C地址的最低有效位(LSB)。该跳线的位置决定LSB的值。Accel 8 Click使用I2C通信接口。它具有连接到mikroBUS™ 3.3V电源轨的上拉电阻。在将Click板与使用5V的MCU一起使用之前,应对逻辑电压级别进行适当的转换。

Accel 8 Click top side image
Accel 8 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

Auxiliary I2C Data
PA15
AN
Auxiliary I2C Clock
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
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

Accel 8 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 STM32G431RB 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
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

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 8 Click驱动程序的API。

关键功能:

  • accel8_get_accel_axis - 该函数读取加速度轴数据

  • accel8_get_gyro_axis - 该函数读取陀螺仪轴数据

  • accel8_get_interrupt - 该函数返回中断状态

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 
 * \brief Accel8 Click example
 * 
 * # Description
 * This application measures accelermeter and gyroscopic data and temperature.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initialization driver init, reset chip and start configuration chip for measurement.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads Accel X/Y/Z axis, Gyro X/Y/Z axis and device Temperature. 
 * All data logs on the USBUART every 2 sec.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "accel8.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static accel8_t accel8;
static log_t logger;
static range_retval_t range;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    accel8_cfg_t cfg;

    uint8_t temp_write;

    /** 
     * 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.

    accel8_cfg_setup( &cfg );
    ACCEL8_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    temp_write = accel8_init( &accel8, &cfg );
	
	if ( temp_write ==  ACCEL8_INIT_ERROR )
	{
		log_info( &logger, "ERROR\r\n" );
		for ( ; ; );
	}

    log_printf( &logger, " *-* Device Reset *-* \r\n");
    temp_write = ACCEL8_PM1_DEVICE_RESET;
    accel8_generic_write( &accel8, ACCEL8_REG_PWR_MGMT_1, &temp_write, 1 );
    Delay_ms ( 500 );
    temp_write = ACCEL8_GYRO_RESET | ACCEL8_ACCEL_RESET | ACCEL8_TEMP_RESET;
    accel8_generic_write( &accel8, ACCEL8_REG_SIGNAL_PATH_RESET, &temp_write, 1 );
	Delay_ms ( 500 );
    log_printf( &logger, " *-* Device Configuration *-* \r\n" );
    accel8_default_cfg ( &accel8, ACCEL8_ACCEL_CFG_FULL_SCALE_RANGE_2g, ACCEL8_GYRO_CFG_FULL_SCALE_RANGE_250dbs, &range);

    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, " --- Start Measurement --- \r\n" );Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{   
    float temperature;
    int16_t x_gyro_axis;
    int16_t y_gyro_axis;
    int16_t z_gyro_axis;
    int16_t x_accel_axis;
    int16_t y_accel_axis;
    int16_t z_accel_axis;

    //  Task implementation.

    accel8_get_accel_axis( &accel8,&x_accel_axis, &y_accel_axis, &z_accel_axis );
    accel8_get_gyro_axis( &accel8, &x_gyro_axis, &y_gyro_axis , &z_gyro_axis );
    temperature = accel8_get_temperature( &accel8 );
    
    // LOGS DATA

    log_printf( &logger, "________________ Accel 8 Click _________\r\n" );
    log_printf( &logger, "|  Data   | X axis | Y axis | Z axis |  Range  |\r\n" );
    log_printf( &logger, "|______|______|______|_____|________|\r\n" );
    log_printf( &logger, "|  Accel  | %d    | %d    | %d    | %dg    |\r\n", x_accel_axis, y_accel_axis, z_accel_axis, &range.accel_range );
    log_printf( &logger, "|_______|______|_____|_______|_______|\r\n" );
    log_printf( &logger, "|  Gyro    | %d     | %d     | %d     | %ddps   |\r\n", x_gyro_axis, y_gyro_axis, z_gyro_axis, &range.gyro_range );
    log_printf( &logger, "|_______|_______|______|______|________|\r\n" );
    log_printf( &logger, "|  Temp   | %.2f  C         |\r\n" , temperature);
    log_printf( &logger, "|_______|____________|\r\n" );

    log_printf( &logger, " \r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    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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资源

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