概述

本文將介紹如何使用 LIS2MDL 傳感器來主要步驟包括初始化傳感器接口、驗(yàn)證設(shè)備ID、配置傳感器的數(shù)據(jù)輸出率和濾波器，以及通過輪詢方式持續(xù)讀取磁力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。讀取到的數(shù)據(jù)會(huì)被轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)膯挝徊⑼ㄟ^串行通信輸出。
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九軸融合

在六軸基礎(chǔ)上添加磁力計(jì)執(zhí)行九軸融合 ，MotionFX庫實(shí)現(xiàn)了一種傳感器融合算法，用于估計(jì)空間中的3D方向。它使用基于卡爾曼濾波器的數(shù)字濾波器理論來融合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并補(bǔ)償單個(gè)傳感器的局限性。例如：
● 陀螺儀數(shù)據(jù)可能會(huì)漂移，這會(huì)影響方向估計(jì)；使用磁力計(jì)可以提供絕對(duì)方向信息來解決這個(gè)問題。
● 磁力計(jì)帶寬不高且易受磁干擾影響，但這些弱點(diǎn)可以通過陀螺儀補(bǔ)償。
● 九軸傳感器融合使用加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的數(shù)據(jù)，提供包括航向（即磁北方向）的絕對(duì)方向。
● 六軸傳感器融合僅使用加速度計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù)，計(jì)算量較小，但不提供絕對(duì)方向信息。
● 六軸傳感器融合適用于快速移動(dòng)的場景（如游戲）和不需要絕對(duì)方向的情況。

通信模式

對(duì)于LIS2MDL，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。

速率

該模塊支持的速度為普通模式(100k)、快速模式(400k)、快速模式+(1M)、高速模式(3.4M)。

參考程序

[https://github.com/STMicroelectronics/lis2mdl-pid]

變量定義

int16_t data_raw_magnetic[3];
static float magnetic_mG[3];
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*
 *   WARNING:
 *   Functions declare in this section are defined at the end of this file
 *   and are strictly related to the hardware platform used.
 *
 */
static int32_t lis2mdl_platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp,
                              uint16_t len);
static int32_t lis2mdl_platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp,
                             uint16_t len);

獲取ID

可以向WHO_AM_I (4Fh)獲取固定值，判斷是否為0x40

is2mdl_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。

/* Check device ID */
  lis2mdl_device_id_get(&lis2mdl_dev_ctx, &whoamI);
    printf("LIS2MDL_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LIS2MDL_ID,whoamI);
  if (whoamI != LIS2MDL_ID)
    while (1) {
      /* manage here device not found */
    }

復(fù)位操作

可以向CFG_REG_A (60h)的SOFT_RST寄存器寫入1進(jìn)行復(fù)位。

lis2mdl_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 */
  lis2mdl_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lis2mdl_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CFG_REG_C (62h)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 */
  lis2mdl_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設(shè)置速率

速率可以通過CFG_REG_A (60h)的ODR設(shè)置速率。

設(shè)置速率可以使用如下函數(shù)。

/* Set Output Data Rate */
  lis2mdl_data_rate_set(&lis2mdl_dev_ctx, LIS2MDL_ODR_50Hz);

啟用偏移消除

LIS2MDL 磁力計(jì)的配置寄存器（CFG_REG_B）的OFF_CANC - 這個(gè)位用于啟用或禁用偏移消除。

這意味著每次磁力計(jì)準(zhǔn)備輸出新的測量數(shù)據(jù)時(shí)，它都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行偏移校準(zhǔn)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這通常用于校準(zhǔn)傳感器，以消除由于傳感器偏移或環(huán)境因素引起的任何誤差。

/* Set / Reset sensor mode */
  lis2mdl_set_rst_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_SENS_OFF_CANC_EVERY_ODR);

開啟溫度補(bǔ)償

開啟溫度補(bǔ)償可以通過CFG_REG_A (60h)的COMP_TEMP_EN進(jìn)行配置。

/* Enable temperature compensation */
  lis2mdl_offset_temp_comp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設(shè)置為連續(xù)模式

LIS2MDL 磁力計(jì) CFG_REG_A (60h) 配置寄存器的MD1 和 MD0 - 這兩個(gè)位用于選擇設(shè)備的工作模式。
00 - 連續(xù)模式，設(shè)備連續(xù)進(jìn)行測量并將結(jié)果放在數(shù)據(jù)寄存器中。
01 - 單次模式，設(shè)備進(jìn)行單次測量，然后返回到空閑模式。
10 和 11 - 空閑模式，設(shè)備被置于空閑模式，但I2C和SPI接口仍然激活

/* Set device in continuous mode */
  lis2mdl_operating_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_CONTINUOUS_MODE);

初始化

/* Initialize mems driver interface */
  stmdev_ctx_t lis2mdl_dev_ctx;
  lis2mdl_dev_ctx.write_reg = lis2mdl_platform_write;
  lis2mdl_dev_ctx.read_reg = lis2mdl_platform_read;
  lis2mdl_dev_ctx.mdelay = platform_delay;
  lis2mdl_dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
  /* Initialize platform specific hardware */
//  platform_init();
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);

  /* Check device ID */
  lis2mdl_device_id_get(&lis2mdl_dev_ctx, &whoamI);
    printf("LIS2MDL_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LIS2MDL_ID,whoamI);
  if (whoamI != LIS2MDL_ID)
    while (1) {
      /* manage here device not found */
    }

  /* Restore default configuration */
  lis2mdl_reset_set(&lis2mdl_dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lis2mdl_reset_get(&lis2mdl_dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

  /* Enable Block Data Update */
  lis2mdl_block_data_update_set(&lis2mdl_dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  /* Set Output Data Rate */
  lis2mdl_data_rate_set(&lis2mdl_dev_ctx, LIS2MDL_ODR_50Hz);
  /* Set / Reset sensor mode */
  lis2mdl_set_rst_mode_set(&lis2mdl_dev_ctx, LIS2MDL_SENS_OFF_CANC_EVERY_ODR);
  /* Enable temperature compensation */
  lis2mdl_offset_temp_comp_set(&lis2mdl_dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  /* Set device in continuous mode */
  lis2mdl_operating_mode_set(&lis2mdl_dev_ctx, LIS2MDL_CONTINUOUS_MODE);

輪詢讀取數(shù)據(jù)

對(duì)于數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，可以查看STATUS_REG (67h)的Zyxda位，判斷是否有新數(shù)據(jù)到達(dá)。

uint8_t reg;
    /* Read output only if new value is available */
    lis2mdl_mag_data_ready_get(&dev_ctx, &reg);

數(shù)據(jù)OUTX_L_REG(68h)-OUTZ_H_REG(6Dh)獲取。

memset(data_raw_magnetic, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lis2mdl_magnetic_raw_get(&lis2mdl_dev_ctx, data_raw_magnetic);
      magnetic_mG[0] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[0]);
      magnetic_mG[1] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[1]);
      magnetic_mG[2] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[2]);
            if(i==0)
      printf("Magnetic field [mG]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              magnetic_mG[0], magnetic_mG[1], magnetic_mG[2]);            
//                    lsm6ds3tr_c_motion_fx_determin();

添加到如下所示地方。

演示

主程序

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

    if(fifo_flag)
    {
        for(int i=0;i< fifo_num;i++)// 遍歷 FIFO 數(shù)據(jù)數(shù)組
        {    

            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);    

         /* 讀取時(shí)間戳數(shù)據(jù) */
            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;
                }
      memset(data_raw_magnetic, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lis2mdl_magnetic_raw_get(&lis2mdl_dev_ctx, data_raw_magnetic);
      magnetic_mG[0] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[0]);
      magnetic_mG[1] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[1]);
      magnetic_mG[2] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[2]);
            if(i==0)
      printf("Magnetic field [mG]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              magnetic_mG[0], magnetic_mG[1], magnetic_mG[2]);            
//                    lsm6ds3tr_c_motion_fx_determin();    
                deltatime_1=deltatime_2;

            }
            fifo_flag=0;                
        }


    /* USER CODE END WHILE */

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

審核編輯 黃宇