驱动LSM6DS3TR-C实现高效运动检测与数据采集(8)----中断获取FIFO数据并应用MotionFX库解析空间坐标

嵌入式单片机MCU开发 2024-07-21 681

嵌入式单片机MCU开发

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描述

概述

本文将探讨如何使用中断机制获取FIFO数据并应用MotionFX库解析空间坐标。MotionFX库是一种用于传感器融合的强大工具，可以将加速度计、陀螺仪和磁力计的数据融合在一起，实现精确的姿态和位置估计。本文将介绍如何初始化和配置MotionFX库，使用中断机制读取FIFO中的传感器数据。FIFO可以作为数据缓冲区，存储传感器的临时数据，防止数据丢失，特别是在处理器忙于其他任务时。本文将利用这些数据进行空间坐标的解析。本章案例基于上节的demo进行修改。

需要样片的可以加群申请：615061293 。

运动检测

视频教学

[https://www.bilibili.com/video/BV1pm421G7XE/]

样品申请

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源码下载

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89537268]

开启LED

配置PB14为输出模式。

运动检测

运动检测

开启INT中断

陀螺仪LSM6DS3TR-C的中断管脚接到了PB0，需要将PB0设置为中端口。

运动检测运动检测

开启中断。

运动检测

参考驱动程序

[https://github.com/STMicroelectronics/lsm6ds3tr-c-pid]

中断读取传感器数据

为了使用回调函数并获取FIFO中的数据，在main.c定义了以下变量。

float acc_x,acc_y,acc_z;
float gyr_x,gyr_y,gyr_z;
uint32_t deltatime_1,deltatime_2;
uint8_t deltatime_first=0;




  stmdev_ctx_t dev_ctx;
    uint8_t waterm = 0;
/// 用于存储FIFO中读取的数据，每条数据包含24个字节,*2保证数据不溢出
uint8_t fifo_data[20*3*2][6];
// FIFO中当前存储的数据数量
uint16_t fifo_num = 0;
// FIFO中断标志，用于标记是否有新的FIFO数据可供读取
uint8_t fifo_flag=0;

uint8_t acc_fifo[20*2][6];
uint8_t gyr_fifo[20*2][6];
uint8_t timestamp_fifo[20*2][6];

mian.c中开启中断。

lsm6ds3tr_c_int1_route_t pin_int;
    lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &pin_int);
  pin_int.int1_fifo_ovr = PROPERTY_ENABLE;
  lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_set(&dev_ctx, pin_int);

运动检测

需要注意优化等级。

运动检测

完整初始化如下所示。

/* USER CODE BEGIN 2 */
    printf("HELLO!n");
  HAL_GPIO_WritePin(CS1_GPIO_Port, CS1_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_GPIO_WritePin(CS2_GPIO_Port, CS2_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(100);


  /* Initialize mems driver interface */

  dev_ctx.write_reg = platform_write;
  dev_ctx.read_reg = platform_read;
  dev_ctx.mdelay = platform_delay;
  dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
  /* Init test platform */
//  platform_init();
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);
  /* Check device ID */
  whoamI = 0;
  lsm6ds3tr_c_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
    printf("LSM6DS3TR-C_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DS3TR_C_ID,whoamI);
  if ( whoamI != LSM6DS3TR_C_ID )
    while (1); /*manage here device not found */

  /* Restore default configuration */
  lsm6ds3tr_c_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lsm6ds3tr_c_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);



  /* 设置加速度计和陀螺仪的满量程范围 */
  lsm6ds3tr_c_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_4g);
  lsm6ds3tr_c_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_2000dps);
  /* 启用块数据更新（BDU），当FIFO支持时 */
  lsm6ds3tr_c_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

    lsm6ds3tr_c_xl_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_HIGH_PERFORMANCE);    
  /* 设置加速度计和陀螺仪的输出数据速率：
   * 在本例中，我们将加速度计和陀螺仪的速率设置为26 Hz
   */
  lsm6ds3tr_c_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_ODR_416Hz);
  lsm6ds3tr_c_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_GY_ODR_416Hz);


  lsm6ds3tr_c_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_BYPASS_MODE);    
    HAL_Delay(10);
  /* 设置FIFO水印为模式的倍数
   * 在本例中，我们将水印设置为10个模式
   * 这意味着10个序列：
   * (陀螺仪 + 加速度计) = 12字节
   * (外部传感器 + 时间戳) = 12字节
   */
    lsm6ds3tr_c_int1_route_t int_1_reg;
  uint16_t pattern_len = 24;  // 每个数据集由6个字节组成,4*6=24
  lsm6ds3tr_c_fifo_watermark_set(&dev_ctx, 10 * pattern_len);


  /* 将FIFO模式设置为流模式 */
    //FIFO_CTRL5(0x0A)- >STREAM_MODE
  lsm6ds3tr_c_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_STREAM_MODE);

  /* 启用时间戳并将其添加到FIFO */
    //CTRL10_C (19h)- >TIMER_EN
  lsm6ds3tr_c_timestamp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
    //CTRL10_C (19h)- >PEDO_EN    
    lsm6ds3tr_c_pedo_sens_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); // 根据需求配置步数计数


  /* 将时间戳分辨率设置为25 μs (WAKE_UP_DUR寄存器中的TIMER_HR位) */
    //WAKE_UP_DUR (5Ch)- >TIMER_HR
    lsm6ds3tr_c_timestamp_res_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_LSB_25us);

    //设置第3数据集（Dataset 3）的降采样因子
        lsm6ds3tr_c_fifo_dataset_3_batch_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_FIFO_DS3_NO_DEC);    
    //设置第4数据集（Dataset 4）的降采样因子
    //FIFO_CTRL4 (09h)- >DEC_DS4_FIFO[2:0]
        lsm6ds3tr_c_fifo_dataset_4_batch_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_FIFO_DS4_NO_DEC);


    // 启用时间戳写入FIFO第四数据集
    //FIFO_CTRL2 (07h)- >TIMER_PEDO_FIFO_EN
  lsm6ds3tr_c_fifo_pedo_and_timestamp_batch_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);            


  /* 设置FIFO传感器的降采样因子 */
  lsm6ds3tr_c_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_FIFO_XL_NO_DEC);
  lsm6ds3tr_c_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_FIFO_GY_NO_DEC);

  /* 设置FIFO的输出数据速率 */
    //FIFO_CTRL5 (0Ah)
  lsm6ds3tr_c_fifo_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_FIFO_416Hz);


  lsm6ds3tr_c_int1_route_t pin_int;
    lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &pin_int);
  pin_int.int1_fth = PROPERTY_ENABLE;
  lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_set(&dev_ctx, pin_int);    


    lsm6ds3tr_c_init();
  /* USER CODE END 2 */

在stm32h5xx_it.c中添加回调函数引用。

/* USER CODE BEGIN 0 */
extern void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);


/* USER CODE END 0 */

处理PB0外部中断线0（EXTI Line0）的中断。

/**
  * @brief This function handles EXTI Line0 interrupt.
  */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 0 */
    HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_PIN_0);
  /* USER CODE END EXTI0_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(INT1_Pin);
  /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 1 */

  /* USER CODE END EXTI0_IRQn 1 */
}

在main.c中添加回调函数的定义，检查中断是否由 GPIO_PIN_0 引脚触发，每次发生中断时从传感器获取当前的FIFO状态，并存储在 fifo_status 变量中。读取FIFO数据，并将这些数据存储在一个全局数组 fifo_data 中，以便在主循环或其他地方进行处理。通过切换 LED 的状态，可以直观地了解中断的发生。

/* USER CODE BEGIN 4 */

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){

    if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
    /* 读取LSM6DS3TR-C的水印标志 */
    lsm6ds3tr_c_fifo_wtm_flag_get(&dev_ctx, &waterm);        
    uint16_t num = 0,num1=0;
    uint16_t num_pattern = 0;

        if (waterm) {
            fifo_flag=1;
      /* 读取FIFO中的字数 */
      lsm6ds3tr_c_fifo_data_level_get(&dev_ctx, &num);        
            num_pattern = num / 24*2;        
//            printf( "-- FIFO num %d num_pattern=%drn", num,num_pattern);
            fifo_num=num_pattern;
            for(int i=0;i< num_pattern;i++)  {



        /* 根据传感器的ODR配置，FIFO模式由以下样本序列组成：GYRO, XL 外部传感器 时间戳*/
        lsm6ds3tr_c_fifo_raw_data_get(&dev_ctx,
                                  &gyr_fifo[i][0],
                                   3 * sizeof(int16_t));                
        lsm6ds3tr_c_fifo_raw_data_get(&dev_ctx,
                                  &acc_fifo[i][0],
                                  6);                        

                //外部传感器数据                
        lsm6ds3tr_c_fifo_raw_data_get(&dev_ctx,
                                  data_raw_none.u8bit,
                                   3 * sizeof(int16_t));                        
        lsm6ds3tr_c_fifo_raw_data_get(&dev_ctx,
                                      ×tamp_fifo[i][0],
                                       3 * sizeof(int16_t));            

            }    
        }
    }
}
/* USER CODE END 4 */

主程序

在主循环中检查FIFO中断标志，如果有新的FIFO数据，则读取并处理这些数据。处理完成后，调用MotionFX库函数进行数据融合计算，以获得传感器的姿态和位置。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {


    if(fifo_flag)
    {
        for(int i=0;i< fifo_num;i++)// 遍历 FIFO 数据数组
        {    

            int16_t gyr;                
            gyr=(gyr_fifo[i][1]< < 8) + gyr_fifo[i][0];
            gyr_x =lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(gyr);
            gyr=(gyr_fifo[i][3]< < 8) + gyr_fifo[i][2];                
            gyr_y =lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(gyr);
            gyr=(gyr_fifo[i][5]< < 8) + gyr_fifo[i][4];                
            gyr_z =lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(gyr);
//            printf(
//                            "gyr_x:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//                            gyr_x, gyr_y, gyr_z);            
            int16_t acc;
            acc=(acc_fifo[i][1]< < 8) + acc_fifo[i][0];
            acc_x =lsm6ds3tr_c_from_fs4g_to_mg(acc);
            acc=(acc_fifo[i][3]< < 8) + acc_fifo[i][2];                
            acc_y =lsm6ds3tr_c_from_fs4g_to_mg(acc);
            acc=(acc_fifo[i][5]< < 8) + acc_fifo[i][4];                
            acc_z =lsm6ds3tr_c_from_fs4g_to_mg(acc);

//            printf(
//                            "acc_x:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//                            acc_x, acc_y, acc_z);    

         /* 读取时间戳数据 */
            uint32_t timestamp=0;
            timestamp=(timestamp_fifo[i][1]< < 16)|(timestamp_fifo[i][0]< < 8)
                |(timestamp_fifo[i][3]);
//        printf("Timestamp: %urn", timestamp);        

            if(deltatime_first==0)//第一次
                {
                    deltatime_1=timestamp;
                    deltatime_2=deltatime_1;
                    deltatime_first=1;
                }
                else
                {
                    deltatime_2=timestamp;
                }
                    lsm6ds3tr_c_motion_fx_determin();    
                deltatime_1=deltatime_2;

            }
            fifo_flag=0;                
        }

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

演示

初始位置和数据输出如下所示。

运动检测

运动检测

逆时针旋转90°

运动检测

运动检测

逆时针旋转180°

运动检测

运动检测

逆时针旋转270°

运动检测

运动检测

审核编辑 黄宇

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