UM2225
Manual do usuário
Introdução à biblioteca E-Compass em tempo real do MotionEC na expansão X-CUBE-MEMS1 para STM32Cube
Introdução
O MotionEC é um componente de biblioteca de middleware do software X-CUBE-MEMS1 e roda no STM3z2. Ele fornece informações em tempo real sobre a orientação do dispositivo e o status do movimento com base em dados de um dispositivo.
Ele fornece as seguintes saídas: orientação do dispositivo (quatérnions, ângulos de Euler), rotação do dispositivo (funcionalidade de giroscópio virtual), vetor de gravidade e aceleração linear.
Esta biblioteca destina-se a funcionar apenas com ST MEMS.
O algoritmo é fornecido em formato de biblioteca estática e foi projetado para ser usado em microcontroladores STM32 baseados nas arquiteturas ARM® Cortex®-M0+, ARM® Cortex®-M3, ARM® Cortex®-M33, ARM® Cortex®-M4 e ARM® Cortex®-M7.
Ele é construído com base na tecnologia de software STM32Cube para facilitar a portabilidade entre diferentes microcontroladores STM32.
O software vem com sampa implementação em execução na placa de expansão X-NUCLEO-IKS01A3, X-NUCLEO-IKS4A1 ou X-NUCLEO-IKS02A1 em uma placa de desenvolvimento NUCLEO-F401RE, NUCLEO-U575ZI-Q, NUCLEO-L152RE ou NUCLEO-L073RZ.
Acrônimos e abreviações
Tabela 1. Lista de siglas
| Acrônimo | Descrição |
| API | Interface de programação de aplicativos |
| BSP | Pacote de suporte da placa |
| Interface gráfica do usuário | Interface gráfica do usuário |
| OBRIGADO | Camada de abstração de hardware |
| IDE | Ambiente de desenvolvimento integrado |
Biblioteca de middleware MotionEC na expansão de software X-CUBE-MEMS1 para STM32Cube
2.1 MovimentoEC sobreview
A biblioteca MotionEC expande a funcionalidade do software X-CUBE-MEMS1.
A biblioteca adquire dados do acelerômetro e do magnetômetro e fornece informações sobre a orientação do dispositivo e o status do movimento com base nos dados do dispositivo.
A biblioteca foi projetada apenas para ST MEMS. A funcionalidade e o desempenho ao usar outros sensores MEMS não são analisados e podem ser significativamente diferentes do descrito no documento.
ComoampA implementação está disponível nas placas de expansão X-NUCLEO-IKS01A3, X-NUCLEO-IKS4A1 e X-NUCLEO-IKS02A1, montadas em uma placa de desenvolvimento NUCLEO-F401RE, NUCLEO-U575ZI-Q, NUCLEO-L152RE ou NUCLEO-L073RZ.
2.2 Biblioteca MotionEC
Informações técnicas descrevendo completamente as funções e parâmetros das APIs MotionEC podem ser encontradas no MotionEC_Package.chm HTML compilado file localizado na pasta Documentação.
2.2.1 Descrição da biblioteca MotionEC
A biblioteca MotionEC E-Compass gerencia dados adquiridos do acelerômetro e magnetômetro; ela apresenta:
- orientação do dispositivo (quaterniões, ângulos de Euler), rotação do dispositivo (funcionalidade de giroscópio virtual), saídas de vetor de gravidade e aceleração linear
- funcionalidade baseada apenas nos dados do acelerômetro e do magnetômetro
- dados necessários do acelerômetro e magnetômetroampfrequência de até 100 Hz
- requisitos de recursos:
– Cortex-M0+: 3.7 kB de código e 0.1 kB de memória de dados
– Cortex-M3: 3.8 kB de código e 0.1 kB de memória de dados
– Cortex-M33: 2.8 kB de código e 0.1 kB de memória de dados
– Cortex-M4: 2.9 kB de código e 0.1 kB de memória de dados
– Cortex-M7: 2.8 kB de código e 0.1 kB de memória de dados - disponível para arquiteturas ARM Cortex M0+, Cortex-M3, Cortex-M33, Cortex-M4 e Cortex M7
2.2.2 APIs do MotionEC
As APIs do MotionEC são:
- uint8_t MotionEC_GetLibVersion(char *versão)
– recupera a versão da biblioteca
– *versão é um ponteiro para um array de 35 caracteres
– retorna o número de caracteres na string da versão
• void MotionEC_Initialize(MEC_mcu_type_t mcu_type, float freq)
– executa a inicialização da biblioteca MotionEC e a configuração do mecanismo interno.
– mcu_type é o tipo de MCU:
◦ MFX_CM0P_MCU_STM32 é um MCU STM32 padrão
◦ MFX_CM0P_MCU_BLUE_NRG1 é BlueNRG-1
◦ MFX_CM0P_MCU_BLUE_NRG2 é BlueNRG-2
◦ MFX_CM0P_MCU_BLUE_NRG_LP é BlueNRG -LP
– freq é o sensor sampfrequência de transmissão [Hz]
Observação: Esta função deve ser chamada antes de usar a biblioteca E-Compass e o módulo CRC no microcontrolador STM32 (no registro de habilitação de relógio periférico RCC) deve ser habilitado antes de usar a biblioteca
- void MotionEC_SetFrequency(frequência flutuante)
– define o sampfrequência de filtragem (modificando os parâmetros de filtragem)
– freq é o sensor sampfrequência de transmissão [Hz] • void MotionEC_Run(MEC_input_t *data_in, MEC_output_t *data_out)
– executa o algoritmo E-Compass (fusão de dados do acelerômetro e magnetômetro)
– *data_in é um ponteiro para uma estrutura com dados de entrada
– os parâmetros para o tipo de estrutura MEC_input_t são:
◦ acc[3] é uma matriz de dados do acelerômetro na convenção ENU, medidos em g
◦ mag[3] é uma matriz de dados calibrados do magnetômetro na convenção ENU, medidos em μT/50
◦ deltatime s é o tempo delta (ou seja, atraso de tempo entre o conjunto de dados antigo e o novo) medido em s
– *data_out é um ponteiro para uma estrutura com dados de saída
– os parâmetros para o tipo de estrutura MEC_output_t são:
◦ quaternion[4] é uma matriz que contém quaternion na convenção ENU, representando a orientação 3Dangular do dispositivo no espaço; a ordem dos elementos é: X, Y, Z, W, com elemento W sempre positivo
◦ euler[3] é uma matriz de ângulos de Euler na convenção ENU, representando a orientação angular 3D do dispositivo no espaço; a ordem dos elementos é: guinada, inclinação, rotação, medidos em graus
◦ i_gyro[3] é uma matriz de taxas angulares na convenção ENU, representando um sensor de giroscópio virtual, medido em dps
◦ gravity[3] é um conjunto de acelerações na convenção ENU, representando o vetor gravidade, medido em g
◦ linear[3] é uma matriz de acelerações na convenção ENU, representando a aceleração linear do dispositivo, medida em g
- vazio MotionEC_GetOrientationEnable(MEC_state_t *estado)
– obtém o estado de ativação/desativação do cálculo do ângulo de Euler
– *state é um ponteiro para o estado atual de ativação/desativação - void MotionEC_SetOrientationEnable(estado_MEC_t)
– define o estado de ativação/desativação do cálculo do ângulo de Euler
– estado é o novo estado de ativação/desativação a ser definido - vazio MotionEC_GetVirtualGyroEnable(MEC_state_t *estado)
– obtém o estado de ativação/desativação do cálculo do giroscópio virtual
– *state é um ponteiro para o estado atual de ativação/desativação - void MotionEC_SetVirtualGyroEnable(MEC_state_t estado)
– define o estado de ativação/desativação do cálculo do giroscópio virtual
– estado é o novo estado de ativação/desativação a ser definido - vazio MotionEC_GetGravityEnable(MEC_state_t *estado)
– obtém o estado de ativação/desativação do cálculo do vetor de gravidade
– *state é um ponteiro para o estado atual de ativação/desativação - void MotionEC_SetGravityEnable(MEC_state_t estado)
– define o estado de ativação/desativação do cálculo do vetor de gravidade
– estado é o novo estado de ativação/desativação a ser definido - vazio MotionEC_GetLinearAccEnable(MEC_state_t *estado)
– obtém o estado de ativação/desativação do cálculo de aceleração linear
– *state é um ponteiro para o estado atual de ativação/desativação - void MotionEC_SetLinearAccEnable(MEC_state_t estado)
– define o estado de ativação/desativação do cálculo de aceleração linear
– estado é o novo estado de ativação/desativação a ser definido
2.2.3 Fluxograma da API
2.2.4 Código de demonstração
O código de demonstração a seguir lê dados dos sensores do acelerômetro e do magnetômetro e obtém os dados do ECompass (ou seja, quaternion, ângulos de Euler, etc.).
2.2.5 Desempenho do algoritmo
O algoritmo E-Compass usa dados do acelerômetro e magnetômetro somente. Ele roda em uma frequência baixa (até 100 Hz) para reduzir o consumo de energia.
Sample aplicativo
O middleware MotionEC pode ser facilmente manipulado para construir aplicativos de usuário; comoample aplicativo é fornecido na pasta Aplicativo.
Ele foi projetado para ser executado em uma placa de desenvolvimento NUCLEO-F401RE, NUCLEO-U575ZI-Q, NUCLEO-L152RE ou NUCLEO-L073RZ conectada a uma placa de expansão X-NUCLEO-IKS01A3, X-NUCLEO-IKS4A1 ou X-NUCLEO-IKS02A1.
O aplicativo reconhece a orientação e a rotação do dispositivo em tempo real. Os dados podem ser exibidos por meio de uma GUI.
O algoritmo fornece as seguintes saídas: orientação do dispositivo (quatérnions, ângulos de Euler), rotação do dispositivo (funcionalidade de giroscópio virtual), vetor de gravidade e aceleração linear.
3.1 Aplicação MEMS-Studio
Os sampO aplicativo usa o aplicativo MEMS-Studio, que pode ser baixado em www.st.com.
Passo 1. Certifique-se de que os drivers necessários estejam instalados e que a placa STM32 Nucleo com a placa de expansão apropriada esteja conectada ao PC.
Passo 2. Inicie o aplicativo MEMS-Studio para abrir a janela principal do aplicativo.
Se uma placa STM32 Nucleo com firmware suportado for conectada ao PC, a porta COM apropriada será detectada automaticamente. Pressione o botão [Connect] para estabelecer a conexão com a placa de avaliação.
Passo 3. Quando conectado a uma placa STM32 Nucleo com firmware compatível, a guia [Avaliação da biblioteca] é aberta.
Para iniciar e parar o streaming de dados, alterne o [Iniciar] apropriado 
ou [Parar] 
botão na barra de ferramentas vertical externa.
Os dados provenientes do sensor conectado podem ser viewed selecionando a guia [Data Table] na barra de ferramentas vertical interna.
Passo 4. Clique em [E-Compass] para abrir a página dedicada a esta biblioteca.
A figura acima mostra um modelo gráfico STM32 Nucleo. A orientação e a rotação do modelo são baseadas em dados E-Compass (quaternions) calculados pelo algoritmo.
Para alinhar o movimento real do dispositivo com o modelo gráfico, aponte o dispositivo para a tela e pressione [Redefinir modelo].
O valor do título representa o título real do dispositivo.
Apontar o dispositivo diretamente para cima ou para baixo (ao longo do eixo superior do quadro de referência ENU, com tolerância de ±5 graus) fornece um valor N/A para o rumo: não é possível distinguir para qual ponto cardeal o dispositivo está apontando.
O valor de bondade fornece de 0 a 3 valores e está relacionado à calibração do magnetômetro: quanto maior o valor, melhores os resultados do algoritmo de dados do E-Compass.
Passo 5. Clique em [Salvar em File] para abrir a janela de configuração de registro de dados. Selecione os dados do sensor e do E-Compass a serem salvos na file. Você pode começar ou parar de salvar clicando no botão correspondente.
Passo 6. O modo de injeção de dados pode ser usado para enviar os dados adquiridos anteriormente para a biblioteca e receber o resultado. Selecione a aba [Injeção de dados] na barra de ferramentas vertical para abrir o dedicado view para esta funcionalidade.
Passo 7. Clique no botão [Navegar] para selecionar o file com os dados capturados anteriormente em formato CSV.
Os dados serão carregados na tabela no momento atual view.
Outros botões ficarão ativos. Você pode clicar em:
– Botão [Modo Offline] para ligar/desligar o modo offline do firmware (modo que utiliza os dados capturados anteriormente).
– Botões [Iniciar]/[Parar]/[Etapa]/[Repetir] para controlar a alimentação de dados do MEMS-Studio para a biblioteca.
Referências
Todos os recursos a seguir estão disponíveis gratuitamente em www.st.com.
- UM1859: Introdução ao MEMS de movimento X-CUBE-MEMS1 e expansão do software do sensor ambiental para STM32Cube
- UM1724: Placas STM32 Nucleo-64 (MB1136)
- UM3233: Introdução ao MEMS-Studio
Histórico de revisão
Tabela 4. Histórico de revisão de documentos
| Data | Versão | Mudanças |
| 18-Maio-17 | 1 | Lançamento inicial. |
| 25-jan-18 | 2 | Adicionadas referências à placa de desenvolvimento NUCLEO-L152RE e à Tabela 2. Algoritmo de tempo decorrido (μs). |
| 21-mar-18 | 3 | Introdução atualizada e Seção 2.1 MotionEC sobreview. |
| 26-nov-18 | 4 | Adicionada Tabela 3. Cortex -M0+: algoritmo de tempo decorrido (µs). Adicionadas referências ao ARM® Placa de desenvolvimento Cortex® – M0+ e NUCLEO-L073RZ. |
| 19-fev-19 | 5 | Figura 1 atualizada. Quadro de referência ENU, Tabela 2. Cortex-M4 e Cortex-M3: algoritmo de tempo decorrido (µs), Tabela 3. Algoritmo Cortex -M0+: tempo decorrido (µs), Figura 3. Adaptador de placa de expansão de sensor conectado ao STM32 Nucleo, Figura 4. Janela principal do Unicleo, Figura 5. Guia User Messages, Figura 6. Janela E-Compass e Figura 7. Janela Datalog. Adicionadas informações de compatibilidade da placa de expansão X-NUCLEO-IKS01A3. |
| 25-mar-20 | 6 | Introdução atualizada, Seção 2.2.1: Descrição da biblioteca MotionEC e Seção 2.2.5: Desempenho do algoritmo. Adicionadas informações de compatibilidade da arquitetura ARM Cortex-M7. |
| 17-Set-24 | 7 | Introdução da Seção Atualizada, Seção 2.1: MotionEC sobreview, Seção 2.2.1: Biblioteca MotionEC descrição, Seção 2.2.2: MotionEC APIs, Seção 2.2.5: Algoritmo desempenho, Seção 3: Sample aplicação, Seção 3.1: Aplicação MEMS-Studio |
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