概述

本文將介紹如何驅(qū)動(dòng)和利用LIS2DW12傳感器，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)功能。
IS2DW12是一款高性能、超低功耗的三軸線性加速度計(jì)，屬于“femto”系列，利用了成熟的微機(jī)械加速度計(jì)制造工藝。這個(gè)傳感器提供可選擇的全量程±2g/±4g/±8g/±16g，能夠以1.6 Hz至1600 Hz的數(shù)據(jù)輸出率測(cè)量加速度。它包含了一個(gè)32級(jí)的先進(jìn)先出（FIFO）緩沖區(qū)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以減少主處理器的干預(yù)需求。
此外，LIS2DW12具備自測(cè)功能，可在最終應(yīng)用中驗(yàn)證傳感器功能，并集成了一個(gè)處理運(yùn)動(dòng)和加速度檢測(cè)的內(nèi)部引擎。這包括自由落體、喚醒、敲擊識(shí)別、活動(dòng)/靜止監(jiān)測(cè)、靜止/運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、縱向/橫向檢測(cè)以及6D/4D定向等功能。

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源碼下載

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通信模式

對(duì)于LIS2DW12，可以使用SPI或者IIC進(jìn)行通訊。
最小系統(tǒng)圖如下所示。

在CS管腳為1的時(shí)候，為IIC模式。

本文使用的板子原理圖如下所示。

管腳定義

IIC通信模式

在使用IIC通訊模式的時(shí)候，SA0是用來控制IIC的地址位的。
對(duì)于IIC的地址，可以通過SDO/SA0引腳修改。SDO/SA0引腳可以用來修改設(shè)備地址的最低有效位。如果SDO/SA0引腳連接到電源電壓，LSb（最低有效位）為'1'（地址0011001b）；否則，如果SDO/SA0引腳連接到地線，LSb的值為'0'（地址0011000b）。

對(duì)應(yīng)的IIC接口如下所示。
主要使用的管腳為CS、SCL、SDA、SA0。

速率

該模塊支持的速度為普通模式(100k)和快速模式(400k)。

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32WB55RG。
配置時(shí)鐘樹，配置時(shí)鐘為32M。

串口配置

查看原理圖，PB6和PB7設(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

配置IIC為快速模式，速度為400k。

CS和SA0設(shè)置

串口重定向

打開魔術(shù)棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會(huì)出現(xiàn) identifier "FILE" is undefined報(bào)錯(cuò)。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

函數(shù)聲明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
	HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
	return ch;
}
/* USER CODE END PFP */

參考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lis2dw12-pid

初始換管腳

由于需要向LIS2DW12_I2C_ADD_H寫入以及為IIC模式。

所以使能CS為高電平，配置為IIC模式。
配置SA0為高電平。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, SA0_Pin, GPIO_PIN_SET);

獲取ID

我們可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0x44。

lis2dw12_device_id_get為獲取函數(shù)。

對(duì)應(yīng)的獲取ID驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);
  /* Check device ID */
  lis2dw12_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
	printf("LIS2DW12_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LIS2DW12_ID,whoamI);
  if (whoamI != LIS2DW12_ID)
    while (1) {
      /* manage here device not found */
    }

復(fù)位操作

可以向CTRL2 (21h)的SOFT_RESET寄存器寫入1進(jìn)行復(fù)位。

lis2dw12_reset_set為重置函數(shù)。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Restore default configuration */
  lis2dw12_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lis2dw12_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

BDU設(shè)置

在很多傳感器中，數(shù)據(jù)通常被存儲(chǔ)在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個(gè)完整的數(shù)據(jù)值。例如，在一個(gè)加速度計(jì)中，MSB和LSB可能共同表示一個(gè)加速度的測(cè)量值。
連續(xù)更新模式（BDU = '0'）：在默認(rèn)模式下，輸出寄存器的值會(huì)持續(xù)不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時(shí)候，寄存器中的數(shù)據(jù)可能會(huì)因?yàn)樾碌臏y(cè)量數(shù)據(jù)而更新。這可能導(dǎo)致一個(gè)問題：當(dāng)你讀取MSB時(shí)，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測(cè)量值的一部分，而不是與MSB相對(duì)應(yīng)的值。這樣，你得到的就是一個(gè)“拼湊”的數(shù)據(jù)，它可能無法準(zhǔn)確代表任何實(shí)際的測(cè)量時(shí)刻。
塊數(shù)據(jù)更新（BDU）模式（BDU = '1'）：當(dāng)激活BDU功能時(shí)，輸出寄存器中的內(nèi)容不會(huì)在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數(shù)據(jù)（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數(shù)據(jù)就被“鎖定”，直到兩部分都被讀取完畢。這樣可以確保你讀取的MSB和LSB是同一測(cè)量時(shí)刻的數(shù)據(jù)，避免了讀取到代表不同采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)。
簡(jiǎn)而言之，BDU位的作用是確保在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，輸出寄存器的內(nèi)容保持穩(wěn)定，從而避免讀取到拼湊或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這對(duì)于需要高精度和穩(wěn)定性的應(yīng)用尤為重要。
可以向CTRL2 (21h)的BDU寄存器寫入1進(jìn)行開啟。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Enable Block Data Update */
  lis2dw12_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設(shè)置傳感器的量程

FS[1:0] - 全量程選擇：這兩個(gè)位用于設(shè)置傳感器的量程。量程決定了傳感器可以測(cè)量的最大加速度值。例如，量程可以設(shè)置為±2g、±4g、±8g或±16g。這允許用戶根據(jù)應(yīng)用的特定需求調(diào)整傳感器的靈敏度。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

/* Set full scale */
  lis2dw12_full_scale_set(&dev_ctx, LIS2DW12_2g);

配置過濾器鏈

lis2dw12_filter_path_set(&dev_ctx, LIS2DW12_LPF_ON_OUT);：設(shè)置加速度計(jì)輸出的過濾器路徑。這里選擇了輸出上的低通濾波器（LPF），用于去除高頻噪聲。
lis2dw12_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ODR_DIV_4);：設(shè)置過濾器的帶寬。這里的設(shè)置是將輸出數(shù)據(jù)率（ODR）除以4，進(jìn)一步?jīng)Q定了濾波器的截止頻率。

配置電源模式

lis2dw12_power_mode_set(&dev_ctx, LIS2DW12_HIGH_PERFORMANCE);：這個(gè)調(diào)用設(shè)置加速度計(jì)的電源模式為高性能模式。這通常意味著更高的功耗，但提供更精確的測(cè)量。

設(shè)置輸出數(shù)據(jù)速率

lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_ODR_25Hz);：設(shè)置加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)速率為每秒25次。輸出數(shù)據(jù)速率決定了傳感器多久采集一次數(shù)據(jù)，并影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和功耗。

/* Enable Block Data Update */
  lis2dw12_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  /* Set full scale */
  lis2dw12_full_scale_set(&dev_ctx, LIS2DW12_2g);
  /* Configure filtering chain
   * Accelerometer - filter path / bandwidth
   */
  lis2dw12_filter_path_set(&dev_ctx, LIS2DW12_LPF_ON_OUT);
  lis2dw12_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ODR_DIV_4);
  /* Configure power mode */
  lis2dw12_power_mode_set(&dev_ctx, LIS2DW12_HIGH_PERFORMANCE);
  /* Set Output Data Rate */
  lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_ODR_25Hz);

輪詢獲取加速度

檢查新數(shù)據(jù)是否可用：
lis2dw12_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);：這個(gè)函數(shù)調(diào)用檢查加速度計(jì)是否有新的數(shù)據(jù)可讀。如果有新數(shù)據(jù)，reg 變量將被設(shè)置為非零值。
主要為讀取STATUS (27h)的DRDY位。

如果 reg 是非零的，說明有新的加速度數(shù)據(jù)可讀。
lis2dw12_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);：這個(gè)函數(shù)調(diào)用實(shí)際讀取加速度計(jì)的原始數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在 data_raw_acceleration 數(shù)組中。
數(shù)據(jù)在28h-2Dh中。

加速度數(shù)據(jù)首先以原始格式（通常是整數(shù)）讀取，然后需要轉(zhuǎn)換為更有意義的單位，如毫重力（mg）。這里的轉(zhuǎn)換函數(shù) lis2dw12_from_fs2_to_mg() 根據(jù)加速度計(jì)的量程（這里假設(shè)為±2g）將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為毫重力單位。
acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]); 等三行代碼分別轉(zhuǎn)換 X、Y、Z 軸的加速度數(shù)據(jù)。

● LIS2DW12 加速度計(jì)通常會(huì)有一個(gè)固定的位分辨率，比如 16 位（即輸出值是一個(gè) 16 位的整數(shù)）。這意味著加速度計(jì)可以輸出的不同值的總數(shù)是 2^16=65536。這些值均勻地分布在 -2g 到 +2g 的范圍內(nèi)。
● 因此，這個(gè)范圍（4g 或者 4000 mg）被分成了 65536 個(gè)步長。
● 每個(gè)步長的大小是 4000 mg/65536≈0.061 mg/LSB
所以，函數(shù)中的乘法 ((float_t)lsb) * 0.061f 是將原始的整數(shù)值轉(zhuǎn)換為以毫重力（mg）為單位的加速度值。這個(gè)轉(zhuǎn)換對(duì)于將加速度計(jì)的原始讀數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理測(cè)量值是必需的。

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

    uint8_t reg;
    /* Read output only if new value is available */
    lis2dw12_flag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);

    if (reg) {
      /* Read acceleration data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lis2dw12_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);
      //acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[0]);
      //acceleration_mg[1] = lis2dw12_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[1]);
      //acceleration_mg[2] = lis2dw12_from_fs8_lp1_to_mg(data_raw_acceleration[2]);
      acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs2_to_mg(
                             data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] = lis2dw12_from_fs2_to_mg(
                             data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] = lis2dw12_from_fs2_to_mg(
                             data_raw_acceleration[2]);
      printf("Acceleration [mg]:X=%4.2ftY=%4.2ftZ=%4.2frn",acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);
    }
HAL_Delay(100);

    /* USER CODE END WHILE */

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

演示

審核編輯：湯梓紅