LSM303AGR姿态传感器 risc-v Sifive learn inventor基础之硬件i2c与LSM303

皋陶

• Sifive Learn Inventor 基础之gpio 按键中断
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• risc-v Sifive learn inventor基础之硬件i2c与LSM303AGR通信
  

本文是第四篇：LSM303AGR姿态传感器 RISC-V Sifive learn inventor基础之硬件i2c与LSM303AGR通信

这一次用iic简单的读取lsm303的加速度数据，对于中断等不做操作；

2020 .7.29 优化了数据处理部分的代码。得到的数据更直观。精度是0.1mm

一，硬件连接

如图的连接，I2C的两根信号都通过R6,R7上拉，通过这点可知与LSM303的通信波特率是400khz。

二，获取数据

1，使用最新的freedom-e-sdk，freedom-e-sdk GitHub仓库，最新的sdk支持iic和pwm库函数开发，而且提供freertos的模板例程。在此基础上开发iic十分方便。

2，首先初始化开发板的iic接口，并通过iic接口配置lsm303的寄存器，设置加速度计的工作模式和输出速率（reg1_a寄存器），这里我设置的是普通模式，输出速率为400hz：

1. //reg1中是reg1_a寄存器的地址及写入的值
   
2.         char reg1[2]={0x20,0x77};
   
3.         //初始化iic为master 波特率400khz
   
4.         metal_i2c_init(i2c, I2C_BAUDRATE, METAL_I2C_MASTER);
   
5.         //写控制寄存器reg1_A 普通模式，400hz输出，使能x，y，z轴加速度计
   
6.         metal_i2c_write(i2c, ACCELEROMETER_I2C_ADDR, 2,reg1 , METAL_I2C_STOP_ENABLE);

复制代码

然后创建一个定时时间为dt的任务，在这个任务里，我们读取lsm303加速度的输出寄存器的高位数据，比较对精度要求不高的话可以忽略低位数据。然后将数据进行积分处理得到速度和路程。这个项目里我不需要y轴数据所以没有读取。

1. /*
   
2. * 由于普通模式有效数据10位，且数据为左对齐，只读取高位寄存器
   
3. * 将数据进行积分处理
   
4. */
   
5. static void prvAccelerTask(void *pvParameters)
   
6. {
   
7.         TickType_t xNextWakeTime;
   
8.          char *  pcMessage = "start accelertask\r\n";
   
9.         (void)pvParameters;
   
10.         //out_add中的值是加速度计OUT_X_H_A,OUT_Z_H_A寄存器的地址，
    
11.         static char out_addr[2]={0x29,0x2d},buff[2]={0};
    
12.         //延时时间，同时也是时间的微分dt 单位是ms
    
13.         Motor.dt=20;
    
14.         xNextWakeTime = xTaskGetTickCount();
    
15.         write(STDOUT_FILENO,pcMessage,strlen(pcMessage));
    
16. 
    
17.         while(1)
    
18.         {
    
19. 
    
20.                 //进入临界段，防止通信被打断
    
21.                 taskENTER_CRITICAL();
    
22.                 //分别读取OUT_X_H_A,OUT_Z_H_A高位寄存器
    
23.                 metal_i2c_write(i2c, ACCELEROMETER_I2C_ADDR, 1,out_addr , METAL_I2C_STOP_DISABLE);
    
24.                 metal_i2c_read(i2c, ACCELEROMETER_I2C_ADDR, 1,buff , METAL_I2C_STOP_ENABLE);
    
25.                 metal_i2c_write(i2c, ACCELEROMETER_I2C_ADDR, 1,&out_addr[1] , METAL_I2C_STOP_DISABLE);
    
26.                 metal_i2c_read(i2c, ACCELEROMETER_I2C_ADDR, 1,&buff[1] , METAL_I2C_STOP_ENABLE);
    
27.                 //赋值给lsm303对象
    
28.                 lsm303.acc_x_raw=buff[0];
    
29.                 lsm303.acc_z_raw=buff[1];
    
30.                 //对原生数据处理，转化成加速度，速度，位移
    
31.                 sensor_data_process();
    
32.                 taskEXIT_CRITICAL();
    
33.                 write(1,pcMessage,strlen(pcMessage));
    
34.                 vTaskDelayUntil( &xNextWakeTime, pdMS_TO_TICKS( Motor.dt ) );
    
35.         }
    
36. }

复制代码

这就是配置的寄存器；

我设置的是400hz，所以代码里写入的值是0x77，其实也不必太高，过高会影响精度。

以下是不同模式下，输出数据的有效位数，普通模式下，输出10位数据，再看看输出寄存器的描述，大概的意思就是输出的数据是左对齐的二进制补码。那就在处理数据时要解析出原码。至于不了解左对齐是什么的可以点我。

三，处理数据

上面得到的数据是原始的，原生态无污染的，要加工成加速度数据，也就是单位为m/s^2的数据。要计算实际的加速度，需要乘以一个比例系数，在开发文档称为灵敏度，灵敏度与加速度计工作模式与full scal（缩放）有关，缩放的配置在reg4_a寄存器，默认是0，也就是±2g。所以可知我配置的灵敏度为3.9mg。详细如下图：

因为板子是倾斜约45°放的，所以要得到水平的加速度需要经过直角坐标转换。

lsm303.acc_x_real=(int)lsm303.acc_x_raw*4*39;乘4是因为普通模式输出10位数据，而我只读了高八位，舍弃了低二位，所以要左移2位，也就是乘4，39就是灵敏度。经过单位换算，得到的加速度单位是100ug

1. /*
   
2. * 处理lsm303读取的数据，获取速度，距离
   
3. */
   
4. void sensor_data_process()
   
5. {
   
6.         //如果raw是负数的话需要取绝对值，乘以灵敏度，再将符号返回
   
7.         if(lsm303.acc_x_raw&0x80)
   
8.         {
   
9.                 lsm303.acc_x_raw =-lsm303.acc_x_raw;
   
10.                 lsm303.acc_x_real=(int)lsm303.acc_x_raw*4*39;
    
11.                 lsm303.acc_x_real=-lsm303.acc_x_real;
    
12.         }
    
13.         else lsm303.acc_x_real=(int)lsm303.acc_x_raw*4*39;
    
14.         if(lsm303.acc_z_raw&0x80)
    
15.         {
    
16.                 lsm303.acc_z_raw =-lsm303.acc_z_raw;
    
17.                 lsm303.acc_z_real=(int)lsm303.acc_z_raw*4*39;
    
18.                 lsm303.acc_z_real=-lsm303.acc_z_real;
    
19.         }
    
20.         else lsm303.acc_z_real=(int)lsm303.acc_z_raw*4*39;
    
21. 
    
22.         //x=8112 z=-6552 滤除重力
    
23.         lsm303.acc_x_filter=lsm303.acc_x_real-8112;
    
24.         lsm303.acc_z_filter=6552+lsm303.acc_z_real;
    
25. 
    
26.         //lsm303.acc_x_filter=lsm303.acc_x_filter & ~0x000000ff;
    
27.         //lsm303.acc_z_filter=lsm303.acc_z_filter & ~0x000000ff;
    
28. 
    
29.         //加速度分解到水平方向  sinθ=2/3 cosθ=3/4
    
30.         Motor.acc=(lsm303.acc_x_filter*2/3+lsm303.acc_z_filter*3/4)/100;//cm/s^2
    
31. 
    
32.         //加速度，速度积分
    
33.         Motor.speed=Motor.speed+Motor.acc*Motor.dt/100;//mm
    
34.         Motor.distance=Motor.distance+Motor.speed*Motor.dt/100;//0.1mm
    
35. 
    
36. }

复制代码

三，小结

这种简单粗暴的用加速度双重积分出距离其实非常不准确，积分误差会随时间而增加，需要其他方式进行校准。

本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网