1、背景：
需要监测风机的启动与停止，希望通过测量其振动频率来辅助判定。
2、传感器：
传统的振动传感器如下图，其有两个缺点：一是测量精度低，对于微小的振动不敏感；二是无法测出分频信号。
选择使用LSM6DSL加速度/角速度传感器。传感器所在的板子为X-NUCLEO-IKSO1A2。如下图所示。
LSM6DSL可以测量出三轴方向的加速度和角速度，而我们监测振动只需要加速度信息。
3、建工程：
首先使用的开发底板是ST官方的MB1136。所有相关的资料会在下方给出链接。
习惯使用Stm32cubeMX快速建立工程。根据选用开发板的主芯片型号以及传感器链接的引脚，占用的资源进行配置。最终一键生成工程。（关于如何使用stm32MX，可自行度娘，也可在下方讨论）
值得一提的是：
（1）配置I2C时，需要使用“快速模式”，速度设置为最大（400000Hz），这样可以加快和加速度传感器之间的通信。加速度传感器的输出频率也就可以尽可能提升。实际在测试时发现，在最快的IIC通信速度下，传感器最大可以设置的输出频率为3.33KHz。
（2）配置一个中断输入引脚，接收传感器数据准备好时发来的中断。（也可以自行去读取某状态位）
（3）ST下载口自带的串口，波特率为固定的9600.如果想要更高，需要单独接线。（我就是单独接线，设置为115200）
接下来是去工程里编写代码，相信大家都可以编出属于自己逻辑的代码。我的逻辑思路如下：
（1）初始化设备和传感器
（2）传感器启动，准备好一组加速度数据（3个数据，X,Y,Z），产生引脚中断。
（3）F401RE接收到中断，读取6个字节（3个加速度的值）。（直接读取的是补码的形式，而加速度值有正负，需要我们定义变量时使用int16）
（4）将一组数据（3方向加速度）进行矢量计算，求得其模长ACC。将ACC存入数组直到存满。（考虑到单片机存储空间有限，因而采用模长的数组，1024个double数据）
（5）存满后，不再存储，置为标志位，进行FFT快速傅里叶变换。相关知识参考自：《C》C语言实现FFT算法_杨贵安的博客-CSDN博客_c语言fft 。
该链接里面有C语言代码，可以直接运行。在使用时需要注意输入参数关系：
FFT需要定义多个与模长数组同样大小的数组，比较费空间。
double pr[NUM],pi[NUM],fr[NUM],fi[NUM];
（6）变换得到的结果被存在pr[1024]中，如果需要观察变换得到的结果，可以将这个数组里的double数据 打印到窗口助手中，再用excel观察变换结果。（打印时，单个数据接换行（\n\r），串口助手中打印的一列数据，直接复制到excel中）。得到的数据列表中第一个为直流分量，可以删除。另外因为某种原因，剩余数据构成的图像呈现左右对称的情况，我们在显示时只取一半就好。如下图所示，传感器放在电脑主机上，测量主机风扇的振动。共计1024个采样点。输出频率为833Hz。（提高采样点个数，横坐标会向右移动。提高输出频率，横坐标会向左移动）（同样是1024个采样点，833Hz输出频率对应145，1.66KHz输出频率对应72, 3.33KHz输出频率对应35）。
（7）横坐标与振动频率有着直接的关系。我通过模拟输入数据观察发现，采样点数为1024时，傅里叶变换后得到的峰峰极大值的很坐标与实际的频率一致(略有偏移，可以理解)。
模拟输入pr[1024],包括10Hz，20Hz，30Hz，40Hz，50Hz，60Hz，70Hz，80Hz，90Hz。（参考频率和角速度之间的关系）
for(i=0;i<1024;i++) {
pr[i]=cos(2*PI*0.001*i*10)+cos(2*PI*0.001*i*20)+cos(2*PI*0.001*i*30)+cos(2*PI*0.001*i*40)+cos(2*PI*0.001*i*50)+cos(2*PI*0.001*i*60)+cos(2*PI*0.001*i*70)+cos(2*PI*0.001*i*80)+cos(2*PI*0.001*i*90);
}
下图只使用了其中的第1~128个点做图（采样点数还是1024）
4、编写上位机
上述显示的过程有点繁琐，因而考虑编写一个上位机用于实时调试。
下位机设备在进行转换之后，直接通过串口，将数据发送到电脑。（每个double数字都先被转换为字符串，以字符串的形式发送。每个数据发送之后，追加发送一个换行符\n,发送完所有数据之后，发送一个'#'）
上位机编写，使用的是Qt和C++。具体的实现和源代码感兴趣的童鞋可以问我要一下。
我最方案是，1024个采样点数组，传感器3.33KHz输出频率。电脑主机的频率被测为35Hz（2100转每分钟）。
纯属个人经验总结，如有错误，欢迎讨论！
2020年12月17日 补充分享LSM6DSL 的初始化函数以及数据读取的函数
LSM6DSL pdf, LSM6DSL description, LSM6DSL datasheets, LSM6DSL view ::: ALLDATASHEET :::
#include "main.h"#define FUNC_CFG_ACCESS 0x01 //嵌入式功能配置寄存器#define SENSOR_SYNC_TIME_FRAME 0x04 //传感器同步配置寄存器
#define SENSOR_SYNC_RES_RATIO 0x05 //传感器同步配置寄存器
#define FIFO_CTRL1 0x06 //FIFO 配置寄存器
#define FIFO_CTRL2 0x07 //FIFO 配置寄存器
#define FIFO_CTRL3 0x08 //FIFO 配置寄存器
#define FIFO_CTRL4 0x09 //FIFO 配置寄存器
#define FIFO_CTRL5 0x0a //FIFO 配置寄存器
#define DRDY_PULSE_CFG_G 0x0b //#define INT1_CTRL 0x0d //
#define INT2_CTRL 0x0e //
#define WHO_AM_I 0x0f //芯片ID
#define CTRL1_XL 0x10 //加速度计和陀螺仪控制寄存器
#define CTRL2_G 0x11 //
#define CTRL3_C 0x12 //
#define CTRL4_C 0x13 //
#define CTRL5_C 0x14 //
#define CTRL6_C 0x15 //
#define CTRL7_G 0x16 //
#define CTRL8_XL 0x17 //
#define CTRL9_XL 0x18 //
#define CTRL10_C 0x19 //
#define MASTER_CONFIG 0x1a //I2C主配置寄存器
#define WAKE_UP_SRC 0x1b //中断寄存器
#define TAP_SRC 0x1c //中断寄存器
#define D6D_SRC 0x1d //中断寄存器
#define STATUS_REG 0x1e //用户接口的状态数据寄存器#define OUT_TEMP_L 0x20 //温度输出数据寄存器
#define OUT_TEMP_H 0x21 //温度输出数据寄存器
#define OUTX_L_G 0x22 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTX_H_G 0x23 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTY_L_G 0x24 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTY_H_G 0x25 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTZ_L_G 0x26 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTZ_H_G 0x27 //用户界面的陀螺仪输出寄存器
#define OUTX_L_XL 0x28 //加速度计输出寄存器
#define OUTX_H_XL 0x29 //加速度计输出寄存器
#define OUTY_L_XL 0x2a //加速度计输出寄存器
#define OUTY_H_XL 0x2b //加速度计输出寄存器
#define OUTZ_L_XL 0x2c //加速度计输出寄存器
#define OUTZ_H_XL 0x2d //加速度计输出寄存器
#define SENSORHUB1_REG 0x2e //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB2_REG 0x2f //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB3_REG 0x30 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB4_REG 0x31 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB5_REG 0x32 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB6_REG 0x33 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB7_REG 0x34 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB8_REG 0x35 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB9_REG 0x36 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB10_REG 0x37 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB11_REG 0x38 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB12_REG 0x39 //传感器集线器输出寄存
#define FIFO_STATUS1 0x3a //FIFO状态寄存器
#define FIFO_STATUS2 0x3b //
#define FIFO_STATUS3 0x3c //
#define FIFO_STATUS4 0x3d //
#define FIFO_DATA_OUT_L 0x3e //FIFO数据输出寄存器
#define FIFO_DATA_OUT_H 0x3f //
#define TIMESTAMP0_REG 0x40 //时间戳输出寄存器
#define TIMESTAMP1_REG 0x41 //
#define TIMESTAMP2_REG 0x42 ///*reserved*/#define STEP_TIMESTAMP_L 0x49 //
#define STEP_TIMESTAMP_H 0x4A //
#define STEP_COUNTER_L 0x4b //
#define STEP_COUNTER_H 0x4c //
#define SENSORHUB13_REG 0x4d //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB14_REG 0x4e //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB15_REG 0x4f //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB16_REG 0x50 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB17_REG 0x51 //传感器集线器输出寄存
#define SENSORHUB18_REG 0x52 //传感器集线器输出寄存
#define FUNC_SRC1 0x53 //中断寄存器
#define FUNC_SRC2 0x54 //
#define WRIST_TILT_IA 0x55 //中断寄存器/*reserved*/#define TAP_CFG 0x58 //中断寄存器
#define TAP_THS_6D 0x59 //
#define INT_DUR2 0x5a //
#define WAKE_UP_THS 0x5b //
#define WAKE_UP_DUR 0x5c //
#define FREE_FALL 0x5d //
#define MD1_CFG 0x5e //
#define MD2_CFG 0x5f //
#define MASTER_CMD_CODE 0x60 //----------
#define SENS_SYNC_SPI_ERROR_CODE 0x61 ///*reserved*/#define OUT_MAG_RAW_X_L 0x66 //
#define OUT_MAG_RAW_X_H 0x67 //
#define OUT_MAG_RAW_Y_L 0x68 //
#define OUT_MAG_RAW_Y_H 0x69 //
#define OUT_MAG_RAW_Z_L 0x6a //
#define OUT_MAG_RAW_Z_H 0x6b ///*reserved*/#define X_OFS_USR 0x73 //加速度用户偏移矫正
#define Y_OFS_USR 0x74 //
#define Z_OFS_USR 0x75 ///* 配置 */
uint8_t LSM6DSL_Config[]={CTRL3_C , 0x81,//软件重启
// FUNC_CFG_ACCESS , 0x00,
// SENSOR_SYNC_TIME_FRAME , 0x00,
// SENSOR_SYNC_RES_RATIO , 0x00,
// FIFO_CTRL1 , 0x00,
// FIFO_CTRL2 , 0x00,
// FIFO_CTRL3 , 0x00,
// FIFO_CTRL4 , 0x00,
// FIFO_CTRL5 , 0x00,DRDY_PULSE_CFG_G , 0x80,//脉冲触发（不锁存中断引脚）INT1_CTRL , 0x01,//INT1引脚上各种中断事件的使能位//加速度中断
// INT2_CTRL , 0x02,//INT2引脚上各种中断事件的使能位//角速度中断CTRL1_XL , 0x94,//加速度输出频率，量程，带宽//[0x60]416Hz 16g
// CTRL2_G , 0x64,//角速度输出速率，量程，满量程125，0//416hZ 500DPS
// CTRL4_C , 0x13,//
// CTRL5_C , 0x14,//
// CTRL6_C , 0x15,//
// CTRL7_G , 0x16,//
// CTRL8_XL , 0x17,//
// CTRL9_XL , 0x18,//
// CTRL10_C , 0x19,//
// MASTER_CONFIG , 0x1a,//I2C主配置寄存器
// TAP_CFG , 0x58,//中断寄存器
// TAP_THS_6D , 0x59,//
// INT_DUR2 , 0x5a,//
// WAKE_UP_THS , 0x5b,//
// WAKE_UP_DUR , 0x5c,//
// FREE_FALL , 0x5d,//
// MD1_CFG , 0x5e,//
// MD2_CFG , 0x5f,//
// MASTER_CMD_CODE , 0x60,//----------
// SENS_SYNC_SPI_ERROR_CODE , 0x61,//
// X_OFS_USR , 0x73,//加速度用户偏移矫正
// Y_OFS_USR , 0x74,//
// Z_OFS_USR , 0x75,//
};
/* 初始化 */
int LSM6DSL_init()
{uint8_t i=0,ID=0;//---------------------------------------I2C_ReadData(&ID,1,WHO_AM_I);if(ID==0x6a) {//printf("product ID: 0x%02X\n\r",ID);} else {printf("[error] ID Wrong! %02X\n\r",ID);return -1;}//---------------------------------------for(i=0;i<sizeof(LSM6DSL_Config)/sizeof(uint8_t)/2;i++) {//printf("R=0x%02X\tV=0x%02X\n\r",LSM6DSL_Config[i*2],LSM6DSL_Config[i*2+1]);if(I2C_WriteData(LSM6DSL_Config+i*2+1,1,LSM6DSL_Config[i*2])!=0) {printf("[error] I2C_WriteData Wrong!\n\r");return -2;}}//---------------------------------------printf("[success] LSM6DSL_init()\n\r");return 0;
}以下是硬件IIC 二次封装的函数，建议放在i2c.c文件中。
/* USER CODE BEGIN 1 */#include <stdio.h>
//IIC
#define LSM6DSL_DEV_Adress 0xd6
#define IIS2DLPC_DEV_Adress 0x30
#define LIS2DH12_DEV_Adress 0x30
int I2C_WriteData(uint8_t* pData,uint16_t Size,uint16_t MeAddress)
{HAL_StatusTypeDef ret =HAL_ERROR;uint16_t DevAddress=0;//设备地址uint16_t MemAddsize=I2C_MEMADD_SIZE_8BIT;uint32_t Timeout=1000;I2C_HandleTypeDef* hi2cX=NULL;hi2cX=&hi2c1;DevAddress=LIS2DH12_DEV_Adress;//IIC发送ret=HAL_I2C_Mem_Write(hi2cX,DevAddress,MeAddress,MemAddsize,pData,Size,Timeout);return ret;
}int I2C_ReadData(uint8_t* pData,uint16_t Size,uint16_t MeAddress)
{uint16_t DevAddress=0;//设备地址//uint16_t MeAddress=0;uint16_t MemAddsize=0;uint32_t Timeout=1000;I2C_HandleTypeDef* hi2cX=NULL;hi2cX=&hi2c1;DevAddress=LIS2DH12_DEV_Adress;MemAddsize=I2C_MEMADD_SIZE_8BIT;//IIC读取if(HAL_OK == HAL_I2C_Mem_Read(hi2cX,DevAddress,MeAddress,MemAddsize,pData,Size,Timeout)) {return 0;}return -1;
}/* USER CODE END 1 */以下函数 用于计算 加速度模长。
uint16_t Calculate_AccXYZ(int16_t X,int16_t Y,int16_t Z)
{uint32_t temp = X*X+Y*Y+Z*Z;return (uint16_t)sqrt(temp);
}以下函数为读取加速度值，其中ZZZ表示Z轴方向上的数值。
uint8_t Acc_Value[6];
int16_t ZZZ=0;
I2C_ReadData(Acc_Value,6,0x28);// 0x28 //加速度计输出寄存器
ZZZ =Acc_Value[4] + (Acc_Value[5]<<8);希望能够对大家有所帮助。
