STM32C5开发LSM6DS3TR-C(9)--活动/静止检测

.9–活动/静止检测)

概述

本章介绍如何使用 STM32C5 驱动 IMU，实现活动/静止检测（Activity/Inactivity）。传感器根据低量程加速度计经过滤波后的数据，结合设定的阈值和持续时间判断设备状态：持续满足静止条件后进入静止状态，再次检测到符合条件的运动时恢复活动状态。
需要样片的可以加qun申请：925643491 / 615061293 。

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硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32C542CCT6，陀螺仪为LSM6DS3TR-C，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_LSM6DS3TR-C_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542_LSM6DS3TR-C_LIS2MDL

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

选择 Connectivity → USART1，设置为 Async 异步模式，波特率 115200、8 位数据、无校验、1 位停止位，启用收发模式。
串口的TX、RX 分别选择 PA9、PA10，均设置为复用模式（Alternate）、无上下拉、推挽输出，速度选择 Low。

IIC配置

STM32C542CCT6通过扩展接口与传感器模块连接，其中PB6作为I²C时钟线SCL，PB7作为I²C数据线SDA

首先在 STM32CubeMX2 中进入 Peripherals 外设配置页面，在 Connectivity 分类中选择 I2C1，并将 I2C1 外设使能。
如图所示，本实验的 I2C1 配置步骤如下：

1. 点击左侧 Peripherals 外设配置入口
2. 在 Connectivity 分类中选择 I2C1
3. 将 I2C1 Mode 设置为 I2C，并确认 I2C1 显示为 Active
4. Speed frequency 设置为 Fast mode - 400 kHz
5. 确认 I2C1 的 GPIO 引脚映射，SCL 为 PB6，SDA 为 PB7
   

CS和SA0设置

确认I2C 模式选择和地址选择：
CS 需要处于 I2C 模式对应电平
SA0 需要固定为高电平或低电平
将 PA1 和 PB2 配置为普通 GPIO。

在 Pinout 页面，将 PA1、PB2 设置为 GPIO → Configured，分别用于 SA0（I²C 地址选择）和 CS（通信接口选择）。
进入 System → GPIO，将 PA1、PB2 设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

板载 LIS2MDL 的 CS 引脚连接 PA6。在 Pinout 页面，将 PA6 设置为 GPIO → Configured。

进入 System → GPIO，将 PA6 命名为 CS2，设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

INT设置

IMU 的 INT1（Pin4）连接 STM32C542 的 PB0，用于接收陀螺仪数据就绪中断。

将 PB0 配置为输入、无上下拉，开启 EXTI0，选择下降沿触发（Falling edge），使能中断及 IRQ Handler 生成。

生成项目

1. 修改配置后，左下角会提示 Click to save，需要先保存当前工程配置
2. 点击左侧 Project settings，进入工程生成设置页面
3. 在 IDE Project Generation 中选择工程格式和工具链，本例选择 CMake + GCC，然后点击 Generate IDE project 生成工程
   

导入STM32CubeIDE

打开 STM32CubeIDE，选择 File → Import，导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程。
展开 Import STM32 Project，选择 STM32 CMake Project，点击 Next，进入工程路径选择页面。

1. Project name：填写导入到 STM32CubeIDE 中显示的工程名称
2. Source directory：选择 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程目录
3. 点击 Next，继续完成工程导入

1. Toolchain：选择 MCU ARM GCC，表示使用 ARM GCC 工具链进行编译
2. MCU：确认芯片型号为 STM32C542CCTx，与前面 STM32CubeMX2 中选择的 MCU 保持一致
3. CPU/Core：确认内核为 Cortex-M33，Core 为 0
4. 点击 Finish，完成 CMake 工程导入
   

设置工程编码

在 Project Explorer 中选中工程，点击 Project → Properties。
选择 Resource，将 Text file encoding 设置为 Other → GBK，点击 Apply and Close 保存。

串口 printf 重定向

在 main.c 中添加以下头文件，并在 main() 前实现 _write()，将 printf() 输出重定向到 USART1，用于打印 MEMS 数据和调试信息。

#include"mx_usart1.h"#include<stdio.h>#include<string.h>int_write(intfile,char*ptr,intlen){hal_uart_handle_t*huart1=mx_usart1_uart_gethandle();if(huart1!=NULL){HAL_UART_Transmit(huart1,ptr,len,1000);}returnlen;}

参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6ds3tr-c-pid
添加对应驱动程序。

CMake设置

在 CMakeLists.txt 中，将 .c 加入编译，并添加 -u _printf_float，启用 printf() 浮点输出支持。

target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME}PRIVATE lsm6ds3tr-c_reg.c)target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME}PUBLIC-u _printf_float)

驱动接口与中断回调配置

在 main.c 中引入 .h，并定义启动等待时间 BOOT_TIME 为 10 ms、读取ID。变量 whoamI 用于保存读取到的设备 ID，dev_ctx 用于绑定底层通信接口，thread_wake 用于标记中断事件。
声明 platform_write()、platform_read() 和 platform_delay()，分别实现寄存器写入、读取及延时。同时，通过 _write() 将 printf() 重定向至 USART1，方便输出检测结果。
在外部中断回调 HAL_EXTI_TriggerCallback() 中，判断中断是否来自 GPIO EXTI0，若匹配则将 thread_wake 置为 1。主循环随后读取传感器状态，判断是否发生事件。回调中仅设置标志位，寄存器读取和串口输出均在主循环中完成。

#include"lsm6ds3tr-c_reg.h"#defineBOOT_TIME10U#defineBOARD_EXPECTED_IDLSM6DS3TR_C_ID#defineACTIVITY_THRESHOLD4U#defineINACTIVITY_DURATION2U#defineWAKE_UP_DURATION0Ustaticstmdev_ctx_tdev_ctx;staticvolatileuint8_tthread_wake=0;staticint32_tplatform_write(void*handle,uint8_treg,constuint8_t*bufp,uint16_tlen);staticint32_tplatform_read(void*handle,uint8_treg,uint8_t*bufp,uint16_tlen);staticvoidplatform_delay(uint32_tms);/** * @brief EXTI trigger callback */voidHAL_EXTI_TriggerCallback(hal_exti_handle_t*hexti,hal_exti_trigger_ttrigger){(void)trigger;if(HAL_EXTI_GetInstance(hexti)==HAL_EXTI_GPIO_0){thread_wake=1;}}

传感器接口初始化与设备检查

系统初始化完成后，设置 CS1、CS2 为高电平，SA0 为低电平，并将寄存器读写函数、延时函数及 I²C1 句柄绑定到 dev_ctx，建立传感器通信接口。
等待 10 ms 后，读取并通过串口打印设备 ID。当 ID 不匹配 时，程序停止运行；检查通过后，执行软件复位并再次等待 10 ms，随后使能 BDU（块数据更新），为后续检测配置做好准备。

printf("HELLO\r\n");HAL_GPIO_WritePin(CS1_PORT,CS1_PIN,HAL_GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(SA0_PORT,SA0_PIN,HAL_GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(CS2_PORT,CS2_PIN,HAL_GPIO_PIN_SET);uint8_twhoamI=0;uint8_trst=0;uint8_tsleep_state=0;/* 0 = activity, 1 = inactivity (boot: active) */lsm6ds3tr_c_int1_route_tpin_int={0};/* Initialize driver interface. */dev_ctx.write_reg=platform_write;dev_ctx.read_reg=platform_read;dev_ctx.mdelay=platform_delay;dev_ctx.handle=mx_i2c1_i2c_gethandle();platform_delay(BOOT_TIME);/* Check device ID. */lsm6ds3tr_c_device_id_get(&dev_ctx,&whoamI);printf("LSM6DS3TR_C_ID=0x%x,id=0x%x\r\n",(unsignedint)BOARD_EXPECTED_ID,(unsignedint)whoamI);if(whoamI!=BOARD_EXPECTED_ID)while(1);/* Reset device. */lsm6ds3tr_c_reset_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);do{lsm6ds3tr_c_reset_get(&dev_ctx,&rst);}while(rst!=0);platform_delay(BOOT_TIME);/* Enable Block Data Update. */lsm6ds3tr_c_block_data_update_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);

加速度计配置

将低量程加速度计设置为高性能模式，输出数据率（ODR）为 416 Hz，量程为 ±2 g，为检测提供加速度数据。

/* Avoid events during accelerometer filter settling. */lsm6ds3tr_c_filter_settling_mask_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);/* Low-G accelerometer: 416 Hz, +/-2 g. */lsm6ds3tr_c_xl_data_rate_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_XL_ODR_416Hz);lsm6ds3tr_c_xl_power_mode_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_XL_HIGH_PERFORMANCE);lsm6ds3tr_c_xl_full_scale_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_2g);

配置中断引脚的输出方式

根据数据手册，CTRL3_C 寄存器中的 PP_OD 和 H_LACTIVE 用于设置中断引脚的输出类型和有效电平。
代码先读取寄存器，修改这两个位后再写回，保留其他配置。配置完成后，INT1 在中断有效时拉低，未触发时通过上拉保持高电平。因此，MCU 对应引脚需要配置上拉，并采用下降沿触发 EXTI。

/* INT1: open-drain + active low. */lsm6ds3tr_c_pin_mode_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_OPEN_DRAIN);lsm6ds3tr_c_pin_polarity_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_ACTIVE_LOW);

使能基本中断并开启锁存

LIR = 1 表示中断请求采用锁存方式。发生变化事件后，中断请求被保留，等待 MCU 读取处理。

/* Enable basic interrupts in latched mode. */lsm6ds3tr_c_int_notification_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_INT_LATCHED);

选择高通滤波后的加速度作为检测输入

高通/斜率滤波能够衰减静态重力和缓慢变化的分量，使检测主要关注运动产生的加速度变化。板子静止、滤波器稳定后，检测输入会减小；移动或晃动板子时，检测输入随运动发生变化。

/* Select the filter for wake-up and activity/inactivity detection. */lsm6ds3tr_c_xl_hp_path_internal_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_USE_SLOPE);

配置活动/静止检测参数

这段代码用于设置活动/静止检测的阈值及状态切换条件。活动阈值通过 lsm6ds3tr_c_wkup_threshold_set 配置，WK_THS 的分辨率为 FS_XL / 64，在 FS = ±2 g 时 1 LSB = 31.25 mg；本例 ACTIVITY_THRESHOLD = 4，对应 4 × 31.25 mg = 125 mg。该阈值同时用于 Wake-up（活动）和 Inactivity（静止）判定。

/* Configure the wake-up (activity) threshold, 1 LSB = FS_XL / 64. * The same threshold is used for the inactivity detection. */lsm6ds3tr_c_wkup_threshold_set(&dev_ctx,ACTIVITY_THRESHOLD);

设置进入静止状态前的等待时间

这段代码配置进入静止状态前需要持续满足静止条件的时间，1 LSB = 512 / ODR。设备不会因为某一个采样点的变化较小就立即判断为静止，只有持续满足静止条件、达到配置的时间窗口后，才进入静止状态。增大该值可以减少运动过程中短暂停顿造成的状态切换。本例中 INACTIVITY_DURATION = 2。

/* Configure the duration to go in inactivity, 1 LSB = 512 / ODR. */lsm6ds3tr_c_act_sleep_dur_set(&dev_ctx,INACTIVITY_DURATION);

配置 Wake-up 持续时间

Wake-up 持续时间通过 lsm6ds3tr_c_wkup_dur_set 配置，1 LSB = 1 / ODR。该参数表示连续多少个采样点超过活动阈值才触发 Wake-up。本例 WAKE_UP_DURATION = 0，表示不增加额外的持续时间要求，检测到超过阈值即可判定为活动。

/* Configure the wake-up duration, 1 LSB = 1 / ODR. */lsm6ds3tr_c_wkup_dur_set(&dev_ctx,WAKE_UP_DURATION);

保持加速度计和陀螺仪工作配置不变

这段代码将活动模式设置为 LSM6DS3TR_C_XL_12Hz5_GY_NOT_AFFECTED。按照数据手册，该模式下仍然可以产生静止/运动中断，加速度计在进入静止状态后自动降低到 12.5 Hz，而陀螺仪不受影响，从而在保持检测功能的同时降低功耗。

/* Enable inactivity function: XL at 12.5 Hz, GY not affected. */lsm6ds3tr_c_act_mode_set(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_XL_12Hz5_GY_NOT_AFFECTED);

将活动/静止状态变化事件路由到 INT1

这段代码通过 MD1_CFG 寄存器中的 INT1_SLEEP_CHANGE 位，将活动/静止事件连接到 INT1 引脚。

/* Route wake-up (activity) and inactivity state changes to INT1. * pin_int1_route_set() also enables the basic interrupts. */pin_int.int1_wu=PROPERTY_ENABLE;pin_int.int1_inact_state=PROPERTY_ENABLE;lsm6ds3tr_c_pin_int1_route_set(&dev_ctx,pin_int);printf("Activity/Inactivity detection start...\r\n");

主循环

当发生中断时，EXTI 回调将 thread_wake 设置为 1。主循环检测到该标志后，先将其清零，再读取 WAKE_UP_SRC 寄存器，获取事件标志和当前状态。在本例的锁存配置下，读取对应中断源寄存器也用于清除锁存的中断请求，便于接收后续事件。

while(1){if(thread_wake){lsm6ds3tr_c_wake_up_src_tstatus={0};thread_wake=0;/* Read the state and acknowledge the latched event. */if(lsm6ds3tr_c_read_reg(&dev_ctx,LSM6DS3TR_C_WAKE_UP_SRC,(uint8_t*)&status,1)!=0){thread_wake=1;platform_delay(100);continue;}/* Derive the current state and only report it when it changes, * so the message is printed once per state transition and not * repeatedly while the board stays in the same state. */uint8_tnew_state;if(status.wu_ia)new_state=0;/* wake-up (activity) event */elseif(status.sleep_state_ia)new_state=1;/* inactivity state */elsenew_state=sleep_state;/* no valid info, keep */if(new_state!=sleep_state){sleep_state=new_state;if(sleep_state)printf("Inactivity detected\r\n");elseprintf("Activity detected\r\n");}}}

演示

将开发板保持静止，持续满足静止条件并达到配置的时间窗口后，串口输出 Inactivity detected。随后移动开发板，满足恢复活动的条件后，串口输出 Activity detected。保持同一状态时，不会因为主循环持续运行而重复打印。