概述

MotionAC 是 STMicroelectronics 提供的一款用于加速度計校準(zhǔn)的中間件庫。該庫可以實時計算加速度計的偏移和比例因子，并對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高測量精度。
MotionAC 庫通過獲取加速度計的數(shù)據(jù)，計算出偏移和比例因子校準(zhǔn)參數(shù)，并應(yīng)用這些參數(shù)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。校準(zhǔn)可以在動態(tài)和靜態(tài)兩種模式下進(jìn)行。

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源碼下載

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硬件準(zhǔn)備

首先需要準(zhǔn)備一個開發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進(jìn)行申請。

主控為STM32H503CB，陀螺儀為LSM6DS3TR-C，磁力計為LIS2MDL。

校準(zhǔn)過程

2.2.6 節(jié)詳細(xì)描述了如何使用 MotionAC 庫進(jìn)行加速度計的校準(zhǔn)過程。該過程通過正常運動或特定姿態(tài)的設(shè)備來確定偏移和比例因子補(bǔ)償，以提高加速度計的測量精度。
初始位置：
● 將設(shè)備穩(wěn)固地握在起始位置（位置1）。
旋轉(zhuǎn)設(shè)備：
● 輕輕地將設(shè)備沿 YZ 平面旋轉(zhuǎn) 180°，使設(shè)備翻轉(zhuǎn)到其背面（位置4）。
● 然后再沿 XZ 平面順時針旋轉(zhuǎn) 180°，使設(shè)備返回到起始位置（位置1）。
平滑路徑：
● 試圖沿平滑路徑和恒定速度旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
六點校準(zhǔn)：
● 也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的六點校準(zhǔn)，將模塊靜止在六個不同方向（+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z）上。

開啟CRC

串口設(shè)置

設(shè)置串口速率為2000000。

開啟X-CUBE-MEMS1

通過使用 MotionAC 庫，可以有效地對加速度計進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

速率選擇

MotionAC 支持從20 Hz到100 Hz的更新頻率。

AccelerometerCalibration

該應(yīng)用程序展示了如何使用由 STMicroelectronics 開發(fā)的 MotionAC 中間件庫與 X-NUCLEO-IKS01A3 擴(kuò)展板和 STM32 Nucleo 板上的 LSM6DSO 組件進(jìn)行加速度計校準(zhǔn)。應(yīng)用程序啟動后，用戶可以使用由 STMicroelectronics 開發(fā)的 Unicleo-GUI 應(yīng)用程序查看數(shù)據(jù)。

變量定義

float acceleration_mg[3];
static MAC_knobs_t Knobs;

MotionAC文件

主要包含app_mems_motionac.c和app_mems_motionac.h，這兩個文件是用于配置和實現(xiàn)加速度計校準(zhǔn)功能的頭文件和源文件。它們使用了 MotionAC 庫，提供了必要的函數(shù)接口和實現(xiàn)來初始化、更新、獲取校準(zhǔn)參數(shù)和應(yīng)用校準(zhǔn)補(bǔ)償。

MX_AccelerometerCalibration_Init

MX_AccelerometerCalibration_Init 該函數(shù)初始化了加速度計校準(zhǔn)功能。以下是其具體流程和每個步驟的詳細(xì)解釋：

1. 調(diào)用 MotionAC_manager_init(MAC_DISABLE_LIB) 禁用 MotionAC 庫。
2. 調(diào)用 MotionAC_manager_init(MAC_ENABLE_LIB) 啟用 MotionAC 庫。
   1和2主要使用MotionAC_Initialize 函數(shù)用于初始化 MotionAC 引擎，根據(jù)傳入的參數(shù)決定啟用或禁用加速度計校準(zhǔn)庫。此函數(shù)是 MotionAC 庫的核心初始化函數(shù)，通過設(shè)置內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)來準(zhǔn)備校準(zhǔn)功能。

1. 調(diào)用 MotionAC_GetKnobs(&Knobs) 獲取當(dāng)前的校準(zhǔn)設(shè)置。
2. 調(diào)用 MotionAC_SetKnobs(&Knobs) 將這些新的設(shè)置應(yīng)用到庫中。
3. 調(diào)用 MotionAC_manager_get_version(LibVersion, &LibVersionLen) 獲取 MotionAC 庫的版本信息。

AC_Data_Handler

AC_Data_Handler 函數(shù)的主要功能是處理加速度計數(shù)據(jù)，通過 MotionAC 庫進(jìn)行校準(zhǔn)，獲取并應(yīng)用校準(zhǔn)參數(shù)，最終輸出校準(zhǔn)后的加速度數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)質(zhì)量信息。

1. MotionAC_manager_update 函數(shù)用于更新加速度計數(shù)據(jù)，并運行加速度計的校準(zhǔn)算法。這一過程包括接收新的加速度計數(shù)據(jù)，執(zhí)行校準(zhǔn)計算，確定是否需要更新校準(zhǔn)參數(shù)，并返回校準(zhǔn)狀態(tài)。
   1中主要執(zhí)行MotionAC_Update 函數(shù)用于運行加速度計校準(zhǔn)算法。它接收輸入的加速度計數(shù)據(jù)和時間戳，計算校準(zhǔn)參數(shù)，并返回當(dāng)前樣本是否完成校準(zhǔn)。

2. MotionAC_manager_get_params 函數(shù)用于獲取加速度計的校準(zhǔn)參數(shù)，包括偏移值（Offset）和比例因子（Scale Factor）矩陣。這些參數(shù)是由校準(zhǔn)算法計算得到的，用于對原始加速度計數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
   2中主要執(zhí)行MotionAC_GetCalParams 函數(shù)用于檢索加速度計的校準(zhǔn)系數(shù)，包括偏移和比例因子補(bǔ)償參數(shù)，以及校準(zhǔn)質(zhì)量因子。該函數(shù)將這些參數(shù)填充到傳入的輸出結(jié)構(gòu)體中，以便調(diào)用者使用這些參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理。
   ● MAC_CALQSTATUSUNKNOWN = 0：校準(zhǔn)參數(shù)的準(zhǔn)確性未知。
   ● MAC_CALQSTATUSPOOR = 1：校準(zhǔn)參數(shù)的準(zhǔn)確性較差，不可信。
   ● MAC_CALQSTATUSOK = 2：校準(zhǔn)參數(shù)的準(zhǔn)確性尚可。
   ● MAC_CALQSTATUSGOOD = 3：校準(zhǔn)參數(shù)的準(zhǔn)確性良好。

3. MotionAC_manager_compensate 函數(shù)用于對原始加速度計數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，即應(yīng)用先前計算得到的校準(zhǔn)參數(shù)（偏移值和比例因子矩陣）來校正加速度計數(shù)據(jù)。這個過程是為了消除加速度計在測量中的系統(tǒng)誤差，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

初始化定義

/* 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 */
  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  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);



  /* Enable Block Data Update */
  lsm6ds3tr_c_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  /* Set Output Data Rate */
  lsm6ds3tr_c_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_ODR_52Hz);
  lsm6ds3tr_c_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_GY_ODR_52Hz);
  /* Set full scale */
  lsm6ds3tr_c_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_2g);
  lsm6ds3tr_c_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_2000dps);
  /* Configure filtering chain(No aux interface) */
  /* Accelerometer - analog filter */
//  lsm6ds3tr_c_xl_filter_analog_set(&dev_ctx,
//                                   LSM6DS3TR_C_XL_ANA_BW_400Hz);
  /* Accelerometer - LPF1 path ( LPF2 not used )*/
  //lsm6ds3tr_c_xl_lp1_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_LP1_ODR_DIV_4);
  /* Accelerometer - LPF1 + LPF2 path */
//  lsm6ds3tr_c_xl_lp2_bandwidth_set(&dev_ctx,
//                                   LSM6DS3TR_C_XL_LOW_NOISE_LP_ODR_DIV_100);
  /* Accelerometer - High Pass / Slope path */
  //lsm6ds3tr_c_xl_reference_mode_set(&dev_ctx, PROPERTY_DISABLE);
  //lsm6ds3tr_c_xl_hp_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DS3TR_C_XL_HP_ODR_DIV_100);
  /* Gyroscope - filtering chain */
//  lsm6ds3tr_c_gy_band_pass_set(&dev_ctx,
//                               LSM6DS3TR_C_HP_260mHz_LP1_STRONG);



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

六位置法的標(biāo)定方案

本文在校準(zhǔn)三軸加速度計時使用六位置校準(zhǔn)法，該方法使用地球的重力力加速度在靜態(tài)下校準(zhǔn)三軸加速度傳感器,具體的校準(zhǔn)過程如下圖所示。具體校準(zhǔn)過程如下:

1. 將傳感器的Y軸垂直水平面向下;
2. 以X軸為基準(zhǔn)軸,繞其逆旋轉(zhuǎn)90°,使乙軸垂直水平面向上
3. 以Y軸為基準(zhǔn)軸,繞其逆旋轉(zhuǎn)90°,使X軸垂直水平面向下
4. 以Y軸為基準(zhǔn)軸,繞其逆時針旋轉(zhuǎn)90°使2軸垂直水平面向下
5. 繞Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)909、使X軸垂直水平面向上
6. 繞Z軸順時針旋轉(zhuǎn)90°、使Y軸垂直水平面向上

在沒有精密設(shè)備的情況下。這種方法基本上是在試圖找到每個軸的偏移（zero-g offset）和靈敏度（scale factor）。這種方法通常稱為靜態(tài)校準(zhǔn)方法，因為它不需要動態(tài)輸入，只需將設(shè)備置于靜態(tài)的已知方向即可。

主函數(shù)

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* Read output only if new value is available */
    lsm6ds3tr_c_reg_t reg;
    lsm6ds3tr_c_status_reg_get(&dev_ctx, ®.status_reg);

    if (reg.status_reg.xlda) {
      /* Read magnetic field data */
      memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
      lsm6ds3tr_c_acceleration_raw_get(&dev_ctx,
                                       data_raw_acceleration);
      acceleration_mg[0] = lsm6ds3tr_c_from_fs2g_to_mg(
                             data_raw_acceleration[0]);
      acceleration_mg[1] = lsm6ds3tr_c_from_fs2g_to_mg(
                             data_raw_acceleration[1]);
      acceleration_mg[2] = lsm6ds3tr_c_from_fs2g_to_mg(
                             data_raw_acceleration[2]);
      printf("Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
              acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);
            AC_Data_Handler();
    }

//    if (reg.status_reg.gda) {
//      /* Read magnetic field data */
//      memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
//      lsm6ds3tr_c_angular_rate_raw_get(&dev_ctx,
//                                       data_raw_angular_rate);
//      angular_rate_mdps[0] = lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(
//                               data_raw_angular_rate[0]);
//      angular_rate_mdps[1] = lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(
//                               data_raw_angular_rate[1]);
//      angular_rate_mdps[2] = lsm6ds3tr_c_from_fs2000dps_to_mdps(
//                               data_raw_angular_rate[2]);
//      printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//              angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);
//    }

//    if (reg.status_reg.tda) {
//      /* Read temperature data */
//      memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
//      lsm6ds3tr_c_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
//      temperature_degC = lsm6ds3tr_c_from_lsb_to_celsius(
//                           data_raw_temperature );
//      printf("Temperature [degC]:%6.2frn",
//              temperature_degC );

//    }


    /* USER CODE END WHILE */

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

演示

在未執(zhí)行六位置校準(zhǔn)法時，Calibration不為3。

X軸向下。

X軸向上。

Y軸向下。

Y軸向上。

Z軸向下。

Z軸向上。

校準(zhǔn)完畢Calibration=3

審核編輯 黃宇