一种基于STM32的加速度检测系统及方法与流程

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。

技术实现要素：

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。