CN109738668A - 一种基于stm32的加速度检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STM32的加速度检测系统及方法,属于振动检测参数测量技术领域,包括STM32控制器模块、加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块,所述加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块分别于STM32控制器模块连接;可随时检测航向,达到振动检测对于加速度值的要求,并在超过预定加速度时进行报警。
Description
技术领域
本发明涉及振动检测参数测量技术领域,具体涉及一种基于STM32的加速度检测系统及方法。
背景技术
振动检测技术广泛应用于航空、航天发动机的振动状态检测等领域,在产品研究、设计、生产的各个过程中振动检测与分析技术得到了广泛的应用,在振动检测技术研究中,加速度为振动相关量中极为重要的参数,现有检测加速度的三轴加速度传感器,不能建立绝对或相对的航向,当安装在一个固定的设备中时,三轴加速度传感器可以测量单个加速度轴上的加速度,当处于固定状态时,可以根据垂直重力加速度矢量计算出滚动和倾斜角度,然而,航向是围绕Z轴得到的,无法从重力矢量计算出航向,因此,现有三轴加速度传感器不能提供航向值,达不到振动检测对于加速度值的要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于STM32的加速度检测系统及方法,可随时检测航向,达到振动检测对于加速度值的要求,并在超过预定加速度时进行报警。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于STM32的加速度检测系统,包括STM32控制器模块、加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块,所述加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块分别与STM32控制器模块连接;所述STM32控制器模块采用STM32F4开发板,所述加速度检测模块采用MPU6050六轴加速度传感器,所述GPS模块采用S1216F8-BD模组,所述无线通信模块采用NRF24L01芯片,所述显示器采用TFTLCD模块,所述电源模块采用AMS117-3.3型进行供电,所述报警模块采用蜂鸣器进行报警。
进一步的,所述MPU6050六轴加速度传感器的SDA引脚、SCL引脚、INT引脚分别连接于STM32F4开发板的三个I/O口,MPU6050六轴加速度传感器的中断输出连接于STM32F4开发板的PC0引脚,MPU6050六轴加速度传感器的AD0引脚接地;所述MPU6050六轴加速度传感器的器件地址为0X68;所述MPU6050六轴加速度传感器内部包括3轴陀螺仪、3轴加速度传感器、一个用于连接外部磁力传感器第二IIC接口和数字运动处理器DMP。
进一步的,所述S1216F8-BD模组与STM32F4开发板的三个I/O口连接,S1216F8-BD模组的USART3_RX引脚、GBC_TX引脚、USART3_TX引脚、GBC_RX引脚均由跳线帽短接,S1216F8-BD模组的TXD引脚与STM32F4开发板的PB11引脚相连,S1216F8-BD模组的RXD引脚与STM32F4开发板的PB10引脚相连。
进一步的,加速度检测方法包括如下步骤:先初始化MPU6050六轴加速度传感器、S1216F8-BD模组、NRF24L01芯片、TFTLCD模块、电源模块和报警模块,然后利用子程序mpu6050.c中的数字运动处理器DMP库,初始化MPU6050六轴加速度传感器及使能DMP,在死循环里面不停读取MPU6050六轴加速度传感中温度传感器、加速度传感器、陀螺仪、DMP姿态解算后的欧拉角数据,同时,在TFTLCD模块上面显示温度和欧拉角,由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间;
主程序对欧拉角、加速度传感器的原始数据和陀螺仪的数据进行定义,初始化完成后进行显示设置,进入主循环部分,设定预期加速度值,然后进行逻辑分析,并进行报警和错误分析,而后进行数据运算,并将合适且正确的数据显示在TFTLCD模块上,然后显示GPS模块定位信息;当加速度值超过设定值,STM32控制器模块触发蜂鸣器进行警报;STM32F4开发板上的LED灯指示程序正在运行。
进一步的,所述MPU6050六轴加速度传感器与STM32控制器模块之间的通信方法如下:首先在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加IIC支持的底层驱动文件myiic.c和源文件myiic.h,同时增加用来编写MPU6050六轴加速度传感器相关的底层驱动mpu6050.c源文件和对应的头文件mpu6050,最后添加DMP驱动库代码,所述DMP驱动库代码包含inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c两个源文件以及若干个头文件,所述inv_mpu.c源文件包含传感器变量的定义,所述inv_mpu_dmp_motion_driver.c源文件包含对DMP姿态解算后的俯仰角、横滚角和航向角、四元数转欧拉角公式。
进一步的,所述GPS模块与STM32控制器模块之间的通信方法如下:在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加gps.c程序,分析可视卫星状态输出语句信息,包括如下步骤:读出可视卫星状态输出语句的条数,读出可见卫星总数,读出卫星编号,读出卫星仰角,读出卫星方位角,读出卫星信噪比,切换到下一个可视卫星状态输出语句信息,读出经纬度,之后配置GPS模块的波特率,配置脉冲宽度,设置更新速率,之后进行显示设置。
进一步的,在初始化MPU6050六轴加速度传感器部分,包括初始化IIC总线,将MPU6050六轴加速度传感器复位,然后进行唤醒传感器,并设置采样率,关闭中断,关闭FIFO,设置为x轴参考;还包括温度部分的子函数,陀螺仪的子函数,加速度值的子函数;通过MPU_Get_Temperature获取MPU6050六轴加速度传感器自带温度传感器的温度值后,MPU_Get_Gyroscope和MPU_Get_Accelerometer分别读取陀螺仪和加速度传感器的原始数据;初始化MPU6050六轴加速度传感器部分还包括IIC接口的读和写的程序,用于进行与STM32控制器模块的通信和数据交换。
进一步的,由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间的具体步骤为:首先通过天线接收到从卫星发出的16进制数,随后转换成十进制数,并且得到整数和小数的长度,去掉负号后,分别得到整数部分数据和小数部分数据,然后分析GPGSV的信息,包括GPGSV的条数、可见卫星总数、卫星编号、卫星仰角、卫星方位角、卫星信噪比;然后分析GPS固定数据语句输出信息,包括GPS状态、用于定位的卫星数、海拔高度、卫星编号、位置精度强弱度因子、水平精度强弱度因子、垂直精度强弱度因子,然后对GPGSV和GNGGA进行解析,即可得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间信息。
本发明的有益效果是:采用MPU6050六轴加速度传感器,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了安装空间,其自带的数字运动处理器,实现了姿态解算,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,同时大大降低了开发难度;本发明除了可以进行加速度检测,也可以实时显示被测物姿态角度具体数值;增加了GPS模块,还可以发送或者显示位置信息,比起现有加速度检测装置,增加了功能,减小了体积,提升了实用性。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图;
图2为本发明的MPU6050六轴加速度传感器引脚图;
图3为本发明的MPU6050六轴加速度传感器与STM32F4开发板连接示意图;
图4为本发明的S1216F8-BD模组与STM32F4开发板连接示意图;
图5为本发明的TFTLCD模块引脚图;
图6为本发明的NRF24L01芯片与STM32F4开发板连接示意图;
图7为本发明的电源模块引脚图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种基于STM32的加速度检测系统,包括STM32控制器模块、加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块,所述加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块分别与STM32控制器模块连接;所述STM32控制器模块采用STM32F4开发板,所述加速度检测模块采用MPU6050六轴加速度传感器,所述GPS模块采用S1216F8-BD模组,所述无线通信模块采用NRF24L01芯片,所述显示器采用TFTLCD模块,所述电源模块采用AMS117-3.3型进行供电,所述报警模块采用蜂鸣器进行报警。
所述MPU6050六轴加速度传感器的SDA引脚、SCL引脚、INT引脚分别连接于STM32F4开发板的三个I/O口,MPU6050六轴加速度传感器的中断输出连接于STM32F4开发板的PC0引脚,MPU6050六轴加速度传感器的AD0引脚接地;所述MPU6050六轴加速度传感器的器件地址为0X68;所述MPU6050六轴加速度传感器内部包括3轴陀螺仪、3轴加速度传感器、一个用于连接外部磁力传感器第二IIC接口和数字运动处理器DMP。
所述S1216F8-BD模组与STM32F4开发板的三个I/O口连接,S1216F8-BD模组的USART3_RX引脚、GBC_TX引脚、USART3_TX引脚、GBC_RX引脚均由跳线帽短接,S1216F8-BD模组的TXD引脚与STM32F4开发板的PB11引脚相连,S1216F8-BD模组的RXD引脚与STM32F4开发板的PB10引脚相连。
加速度检测方法包括如下步骤:先初始化MPU6050六轴加速度传感器、S1216F8-BD模组、NRF24L01芯片、TFTLCD模块、电源模块和报警模块,然后利用子程序mpu6050.c中的数字运动处理器DMP库,初始化MPU6050六轴加速度传感器及使能DMP,在死循环里面不停读取MPU6050六轴加速度传感中温度传感器、加速度传感器、陀螺仪、DMP姿态解算后的欧拉角数据,同时,在TFTLCD模块上面显示温度和欧拉角,由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间;
主程序对欧拉角、加速度传感器的原始数据和陀螺仪的数据进行定义,初始化完成后进行显示设置,进入主循环部分,设定预期加速度值,然后进行逻辑分析,并进行报警和错误分析,而后进行数据运算,并将合适且正确的数据显示在TFTLCD模块上,然后显示GPS模块定位信息;当加速度值超过设定值,STM32控制器模块触发蜂鸣器进行警报;STM32F4开发板上的LED灯指示程序正在运行。
所述MPU6050六轴加速度传感器与STM32控制器模块之间的通信方法如下:首先在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加IIC支持的底层驱动文件myiic.c和源文件myiic.h,同时增加用来编写MPU6050六轴加速度传感器相关的底层驱动mpu6050.c源文件和对应的头文件mpu6050,最后添加DMP驱动库代码,所述DMP驱动库代码包含inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c两个源文件以及若干个头文件,所述inv_mpu.c源文件包含传感器变量的定义,所述inv_mpu_dmp_motion_driver.c源文件包含对DMP姿态解算后的俯仰角、横滚角和航向角、四元数转欧拉角公式。
所述GPS模块与STM32控制器模块之间的通信方法如下:在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加gps.c程序,分析可视卫星状态输出语句信息,包括如下步骤:读出可视卫星状态输出语句的条数,读出可见卫星总数,读出卫星编号,读出卫星仰角,读出卫星方位角,读出卫星信噪比,切换到下一个可视卫星状态输出语句信息,读出经纬度,之后配置GPS模块的波特率,配置脉冲宽度,设置更新速率,之后进行显示设置。
在初始化MPU6050六轴加速度传感器部分,包括初始化IIC总线,将MPU6050六轴加速度传感器复位,然后进行唤醒传感器,并设置采样率,关闭中断,关闭FIFO,设置为x轴参考;还包括温度部分的子函数,陀螺仪的子函数,加速度值的子函数;通过MPU_Get_Temperature获取MPU6050六轴加速度传感器自带温度传感器的温度值后,MPU_Get_Gyroscope和MPU_Get_Accelerometer分别读取陀螺仪和加速度传感器的原始数据;初始化MPU6050六轴加速度传感器部分还包括IIC接口的读和写的程序,用于进行与STM32控制器模块的通信和数据交换。
由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间的具体步骤为:首先通过天线接收到从卫星发出的16进制数,随后转换成十进制数,并且得到整数和小数的长度,去掉负号后,分别得到整数部分数据和小数部分数据,然后分析GPGSV的信息,包括GPGSV的条数、可见卫星总数、卫星编号、卫星仰角、卫星方位角、卫星信噪比;然后分析GPS固定数据语句输出信息,包括GPS状态、用于定位的卫星数、海拔高度、卫星编号、位置精度强弱度因子、水平精度强弱度因子、垂直精度强弱度因子,然后对GPGSV和GNGGA进行解析,即可得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间信息。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,包括STM32控制器模块、加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块,所述加速度检测模块、GPS模块、无线通信模块、报警模块、显示器和电源模块分别与STM32控制器模块连接;所述STM32控制器模块采用STM32F4开发板,所述加速度检测模块采用MPU6050六轴加速度传感器,所述GPS模块采用S1216F8-BD模组,所述无线通信模块采用NRF24L01芯片,所述显示器采用TFTLCD模块,所述电源模块采用AMS117-3.3型进行供电,所述报警模块采用蜂鸣器进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,所述MPU6050六轴加速度传感器的SDA引脚、SCL引脚、INT引脚分别连接于STM32F4开发板的三个I/O口,MPU6050六轴加速度传感器的中断输出连接于STM32F4开发板的PC0引脚,MPU6050六轴加速度传感器的AD0引脚接地;所述MPU6050六轴加速度传感器的器件地址为0X68;所述MPU6050六轴加速度传感器内部包括温度传感器、3轴陀螺仪、3轴加速度传感器、一个用于连接外部磁力传感器第二IIC接口和数字运动处理器DMP。
3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,所述S1216F8-BD模组与STM32F4开发板的三个I/O口连接,S1216F8-BD模组的USART3_RX引脚、GBC_TX引脚、USART3_TX引脚、GBC_RX引脚均由跳线帽短接,S1216F8-BD模组的TXD引脚与STM32F4开发板的PB11引脚相连,S1216F8-BD模组的RXD引脚与STM32F4开发板的PB10引脚相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,加速度检测方法包括如下步骤:先初始化MPU6050六轴加速度传感器、S1216F8-BD模组、NRF24L01芯片、TFTLCD模块、电源模块和报警模块,然后利用子程序mpu6050.c中的数字运动处理器DMP库,初始化MPU6050六轴加速度传感器及使能DMP,在死循环里面不停读取MPU6050六轴加速度传感中温度传感器、加速度传感器、陀螺仪、DMP姿态解算后的欧拉角数据,同时,在TFTLCD模块上面显示温度和欧拉角,由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间;
主程序对欧拉角、加速度传感器的原始数据和陀螺仪的数据进行定义,初始化完成后进行显示设置,进入主循环部分,设定预期加速度值,然后进行逻辑分析,并进行报警和错误分析,而后进行数据运算,并将合适且正确的数据显示在TFTLCD模块上,然后显示GPS模块定位信息;当加速度值超过设定值,STM32控制器模块触发蜂鸣器进行警报;STM32F4开发板上的LED灯指示程序正在运行。
5.根据权利要求1所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,所述MPU6050六轴加速度传感器与STM32控制器模块之间的通信方法如下:首先在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加IIC支持的底层驱动文件myiic.c和源文件myiic.h,同时增加用来编写MPU6050六轴加速度传感器相关的底层驱动mpu6050.c源文件和对应的头文件mpu6050,最后添加DMP驱动库代码,所述DMP驱动库代码包含inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c两个源文件以及若干个头文件,所述inv_mpu.c源文件包含传感器变量的定义,所述inv_mpu_dmp_motion_driver.c源文件包含对DMP姿态解算后的俯仰角、横滚角和航向角、四元数转欧拉角公式。
6.根据权利要求1所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,所述GPS模块与STM32控制器模块之间的通信方法如下:在工程中STM32控制器模块硬件分组下添加gps.c程序,分析可视卫星状态输出语句信息,包括如下步骤:读出可视卫星状态输出语句的条数,读出可见卫星总数,读出卫星编号,读出卫星仰角,读出卫星方位角,读出卫星信噪比,切换到下一个可视卫星状态输出语句信息,读出经纬度,之后配置GPS模块的波特率,配置脉冲宽度,设置更新速率,之后进行显示设置。
7.根据权利要求4所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,在初始化MPU6050六轴加速度传感器部分,包括初始化IIC总线,将MPU6050六轴加速度传感器复位,然后进行唤醒传感器,并设置采样率,关闭中断,关闭FIFO,设置为x轴参考;还包括温度部分的子函数,陀螺仪的子函数,加速度值的子函数;通过MPU_Get_Temperature获取MPU6050六轴加速度传感器自带温度传感器的温度值后,MPU_Get_Gyroscope和MPU_Get_Accelerometer分别读取陀螺仪和加速度传感器的原始数据;初始化MPU6050六轴加速度传感器部分还包括IIC接口的读和写的程序,用于进行与STM32控制器模块的通信和数据交换。
8.根据权利要求4所述的一种基于STM32的加速度检测系统,其特征在于,由S1216F8-BD模组得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间的具体步骤为:首先通过天线接收到从卫星发出的16进制数,随后转换成十进制数,并且得到整数和小数的长度,去掉负号后,分别得到整数部分数据和小数部分数据,然后分析GPGSV的信息,包括GPGSV的条数、可见卫星总数、卫星编号、卫星仰角、卫星方位角、卫星信噪比;然后分析GPS固定数据语句输出信息,包括GPS状态、用于定位的卫星数、海拔高度、卫星编号、位置精度强弱度因子、水平精度强弱度因子、垂直精度强弱度因子,然后对GPGSV和GNGGA进行解析,即可得到当前地点的经纬度、高度、速度、定位模式、用于定位卫星数、可见卫星数和UTC日期时间信息。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190510 |