ST Microelectronics NUCLEO-F401RE 实时姿态估计库

产品信息

规格

• 产品名称：MotionPE实时姿态估计库
• 兼容性：STM1Cube 的 X-CUBE-MEMS32 扩展
• 设计用于：仅适用于 ST MEMS
• 加速度计数据 Samp频率：16 Hz

产品使用说明

MotionPE 库结束view:

MotionPE 库扩展了 X-CUBE-MEMS1 软件的功能，从加速度计获取数据来提供有关用户当前姿势的信息。

Samp实施：

作为amp该实现适用于安装在 NUCLEO 开发板上的 X-NUCLEO-IKS01A3 和 X-NUCLEO-IKS4A1 扩展板。

MotionPE 库描述：

MotionPE 姿势估计库可以区分用户的坐姿、站姿和躺姿，旨在用于仅基于加速度计数据进行识别的腕戴式设备。

MotionPE 库 API

• MotionPE_GetLibVersion(char *version)：获取库
  版本信息。
• MotionPE_Initialize()：初始化
  图书馆。
• MotionPE_ResetLib()：重置库。
• MotionPE_Update(MPE_input_t *data_in, MPE_output_t
*data_out)：使用加速度计数据更新库。
• MotionPE_SetOrientation_Acc(const char
*acc_orientation)：设置加速度计方向。

常见问题

• 问：我可以将 MotionPE 库与非 ST MEMS 传感器一起使用吗？
  • 答：该库仅适用于 ST MEMS。使用其他 MEMS 传感器可能会导致不同的功能和性能。
• 问：需要哪些加速度计数据ampMotionPE 库的频率是多少？
  • 答：所需的amp为了实现精确的姿势估计，频率为16 Hz。

介绍

MotionPE 中间件库是 X-CUBE-MEMS1 软件的一部分，在 STM32 上运行。它根据来自设备的数据提供有关用户当前姿势的实时信息。它能够区分以下姿势：坐、站和躺。该库适用于腕戴式设备。此库仅适用于 ST MEMS。该算法以静态库格式提供，旨在用于基于 ARM® Cortex®-M32、ARM® Cortex®-M3、ARM® Cortex®-M33 或 ARM® Cortex®-M4 架构的 STM7 微控制器。它建立在 STM32Cube 软件技术之上，以简化不同 STM32 微控制器之间的可移植性。该软件附带amp在 NUCLEO-F01RE、NUCLEO-U3ZI-Q 或 NUCLEO-L4RE 开发板上的 X-NUCLEO-IKS1A401 或 X-NUCLEO-IKS575A152 扩展板上运行的实现。

缩略语

表 1. 首字母缩略词列表

STM1Cube 的 X-CUBE-MEMS32 软件扩展中的 MotionPE 中间件库

MotionPE 结束view

MotionPE 库扩展了 X-CUBE-MEMS1 软件的功能。该库从加速度计获取数据，并根据设备数据提供有关用户当前姿势的信息。该库仅适用于 ST MEMS。使用其他 MEMS 传感器时的功能和性能未进行分析，可能与文档中描述的有很大不同。amp该实现适用于安装在 NUCLEO-F01RE、NUCLEO-U3ZI-Q 或 NUCLEO-L4RE 开发板上的 X-NUCLEO-IKS1A401 和 X-NUCLEO-IKS575A152 扩展板。

MotionPE 库

完整描述 MotionPE API 功能和参数的技术信息可在 MotionPE_Package.chm 编译的 HTML 中找到 file 位于文档文件夹中。

MotionPE 库描述

MotionPE 姿势估计库管理从加速度计获取的数据；其特点是：

• 可以区分以下用户姿势：坐着、站着、躺着
• 适用于腕戴式设备
• 仅基于加速度计数据的识别
• 所需的加速度计数据amp频率 16 Hz
• 资源要求：
  • Cortex-M3：12.0 kB 代码和 2.8 kB 数据存储器
  • Cortex-M33：12.5kB 代码和 2.8kB 数据内存
  • Cortex-M4：12.9 kB 代码和 2.8 kB 数据存储器
  • Cortex-M7：12.9 kB 代码和 2.8kB 数据内存
• 适用于 ARM® Cortex®-M3、ARM Cortex®-M33、ARM® Cortex®-M4 或 ARM® Cortex®-M7 架构。

MotionPE API

MotionPE 库 API 包括：

• uint8_t MotionPE_GetLibVersion（char *版本）
  • 检索库版本
  • *version 是一个指向 35 个字符数组的指针
  • 返回版本字符串中的字符数
• void MotionPE_Initialize（void）
  • 执行 MotionPE 库初始化和内部机制的设置
    注意：在使用姿势估计库之前必须调用此函数，并且必须在使用该库之前启用 STM32 微控制器中的 CRC 模块（在 RCC 外设时钟使能寄存器中）
• void MotionPE_ResetLib（void）
  • 重置图书馆
• void MotionPE_Update(MPE_input_t *data_in，MPE_output_t *data_out)
  • 执行姿势估计算法
  • *data_in 参数是指向具有输入数据的结构的指针
  • 结构类型 MPE_input_t 的参数为：
    • AccX 是 X 轴上的加速度计传感器值（单位为 g）
    • AccY 是 Y 轴上的加速度计传感器值（单位为 g）
    • AccZ 是 Z 轴上的加速度计传感器值（单位为 g）
  • *data_out 参数是指向具有以下项的枚举的指针：
    • MPE_UNKNOWN = 0
    • MPE_SITTING = 1
    • MPE_STANDING = 2
    • MPE_LYING_DOWN = 3
  • 无效 MotionPE_SetOrientation_Acc（const char *acc_orientation）
    • 该函数用于设置加速度计数据方向
    • 配置通常在 MotionPE_Initialize 函数调用后立即执行
    • *acc_orientation 参数是一个指向三个字符的字符串的指针，该字符串指示用于加速度计数据输出的参考系的每个正方向的方向，顺序为 x、y、z。有效值为：n（北）或 s（南）、w（西）或 e（东）、u（上）或 d（下）。
    • 如下图所示，X-NUCLEO-IKS4A1加速度计传感器具有SEU方向（x - 南，y - 东，z - 上），因此字符串为：“seu”。

API流程图

演示代码

以下演示代码从加速度计传感器读取数据并获取估计的姿势

算法性能

姿态估计算法仅使用来自加速度计的数据，并以低频率（16 Hz）运行以降低功耗。下表显示了姿态估计算法在识别成功率方面的表现

Samp申请

MotionPE 中间件可以轻松操作以构建用户应用程序。amp应用程序位于 Application 文件夹中。它设计用于在连接到 X-NUCLEO-IKS401A575 或 X-NUCLEO-IKS152A01 扩展板的 NUCLEO-F3RE、NUCLEOU4ZI-Q 或 NUCLEO-L1RE 开发板上运行。该应用程序可实时识别当前用户姿势。

上图显示了用户按钮 B1 和 NUCLEO-F401RE 板的三个 LED。一旦板通电，LED LD3 (PWR) 就会亮起。
注意：给电路板通电后，LED LD2 闪烁一次，表示应用程序已准备就绪。需要 USB 电缆连接来监控实时数据。电路板通过 USB 连接由 PC 供电。此工作模式允许用户显示实时检测到的用户姿势、加速度计数据、时间 stamp 以及任何其他传感器数据，使用 MEMS-Studio。

MEMS-Studio 应用

在Samp该应用程序使用 MEMS-Studio 应用程序，可以从 www.st.com 下载。
步骤1.确保安装了必要的驱动程序，并且带有适当扩展板的STM32 Nucleo板已连接到PC。

步骤 2. 启动 MEMS-Studio 应用程序以打开主应用程序窗口。如果带有受支持固件的 STM32 Nucleo 开发板连接到 PC，则会自动检测相应的 COM 端口。按 [连接] 按钮建立与评估板的连接

步骤 3. 当连接到具有支持固件的 STM32 Nucleo 板时，[库评估] 选项卡将打开。

要启动和停止数据流，请切换相应的[开始] 或[停止] 按钮。来自所连接传感器的数据可以 view通过选择内侧垂直工具栏上的[数据表]选项卡进行编辑。

步骤4.单击[姿势估计]以打开此库的专用页面。

步骤5. 点击[保存至 File] 打开数据记录配置窗口。选择要保存在 file。您可以通过点击相应的按钮来开始或停止保存

步骤 6. 数据注入模式可用于将之前获取的数据发送到库并接收结果。选择垂直工具栏上的 [数据注入] 选项卡，打开专用 view 对于此功能

步骤7. 点击[浏览]按钮选择 file 之前捕获的 CSV 格式数据将与当前 view.

其他按钮将变为活动状态。您可以点击：

• [离线模式]按钮用于打开/关闭固件离线模式（利用先前捕获的数据的模式）。
• [开始]/[停止]/[步骤]/[重复]按钮用于控制从 MEMS-Studio 到库的数据馈送

参考

以下所有资源均可在www.st.com上免费获取。

1. UM1859：STM1Cube 的 X-CUBE-MEMS32 运动 MEMS 和环境传感器软件扩展入门
2. UM1724：STM32 Nucleo-64 板 (MB1136)
3. UM3233：MEMS-Studio 入门

修订历史

表 5. 文档修订历史

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文件/资源

ST Microelectronics NUCLEO-F401RE 实时姿态估计库 [pdf] 用户指南 NUCLEO-F401RE、NUCLEO-U575ZI-Q、NUCLEO-L152RE、NUCLEO-F401RE 实时姿势估计库、NUCLEO-F401RE、实时姿势估计库、时间姿势估计库、姿势估计库、估计库、库

参考

• 用户手册