使用STM32连接BMI323惯性测量单元模块的方法

旧乡故客

近年来，智能可穿戴设备离普通人的生活越来越近，智能手环、智能手表、智能耳机等一系列的产品逐渐走进了人们的生活中。这些设备通过数据交互、云端交互等方式提供了强大的功能，对我们的生活、感知带来很大的转变。可穿戴设备中的MEMS传感器能够精确捕捉数据，并进行实时更新反馈。惯性测量单元作为一种MEMS传感器，可以用来测量方位、运动或者手势。

博世公司推出的低功耗智能传感器BMI323可以用于穿戴设备，该传感器基于博世的MEMS工艺技术，而且大大提升了加速度计的偏移和灵敏度性能。在本篇文章中，我们将介绍如何基于NUCLEO-G070开发板通过SPI接口读取BMI323的加速度计和陀螺仪数据。

所需的组件

●  NUCLEO-G070RB开发板

●  YBX-BMI323惯性测量单元传感器模块（淘宝链接）

●  连接跳线

●  USB线缆

●  友善串口调试助手

YBX-BMI323传感器模块

YBX-BMI323模块采用博世传感器的超低功耗智能惯性测量单元BMI323。该IMU针对可穿戴设备进行了优化，提供精确的加速度、角速率测量和智能片上运动触发中断功能，同时该传感器集成了16位三轴陀螺仪和16位三轴加速度计。该模块支持SPI和I2C接口进行系统集成，可以快速实现与Arduino和STM32等控制器直接相连。该模块板载一颗电源芯片，支持3.3-5V供电。

BMI323包含直观的手势、情景和活动识别功能，并集成了针对腕戴式设备专门进行优化的即插即用计步器。该IMU也非常适合其他类型的可穿戴设备，如耳戴式设备、智能服装、智能鞋、智能眼镜和脚踝带。

Bosch的独特静止组件重新调整 (CRT) 功能可提供内置陀螺仪自校准功能，无需旋转激励，从而在测试和制造过程中为OEM节省宝贵的时间和成本。BMI323的嵌入式即插即用功能有助于缩短产品上市时间。

主要特性

●  采用Bosch超低功耗智能惯性测量单元BMI323

    ●  16位数字三轴加速度计

    ●  16位数字三轴陀螺仪

    ●  电流消耗：790µA（典型值）

    ●  灵敏度误差：± 0.4%

    ●  通过静止CRT功能实现自校准陀螺仪：

    ●  输出数据速率：12.5Hz至6.4kHz

●  SPI和I2C接口

●  2个独立的可编程I/O引脚，用于中断和同步事件

●  板载一颗高精度DC-DC芯片

●  LED电源指示灯

●  支持Arduino和STM32等微控制器

●  外形尺寸：24mm x 24mm x 5mm

硬件连接

YBX-BMI323模块支持SPI和I2C连接，在本文中，我们将使用四线SPI方式进行连接。首先，将YBX-BMI323模块连接到NUCLEO-G070RB开发板的SPI1接口，对应的引脚分别是PA5（SCK）、PA6（MISO）和PA7（MOSI），片选引脚CSB连接到PB0。YBX-BMI323模块的VCC连接到3V3引脚，GND引脚连接到NUCLEO-G070RB的任意GND引脚。

驱动文件

Bosch博世传感器官方提供了基于BMI323的驱动文件BMI323_SensorAPI，该源码可以在GitHub进行下载。下载地址：BMI323_SensorAPI

代码

首先我们使用STM32CubeMX工具生成工程文件，根据硬件连接方式选择引脚的功能，然后启用SPI1通讯。SPI1选择全双工主机模式（Full-Duplex Master），硬件NSS信号选择Disable。在参数设置中，数据位大小选择8位，MSB优先。选择合适的分频系数。在无法进行通讯的情况下，可以适当降低SPI1外设的频率。

生成KEIL工程后，接下来我们需要将BOSCH官方提供的BMI323_SensorAPI驱动集成到工程里面。

首先，将下载的整个驱动文件复制到工程所在的目录，然后将bmi3.c、bmi323.c、common.c添加到工程中。在common.c中重载以下两个函数：bmi3_spi_read和bmi3_spi_write。

在主函数main中，首先初始化BMI323，然后对加速度计和陀螺仪的参数进行配置。在while循环中，读取寄存器的数据，并打印输出到串口。

1. printf("\nBMI323 SPI Test\n");
   
2.   printf("Bolgen Studio\n");
   
3. 
   
4.   /* Sensor initialization configuration. */
   
5.   struct bmi3_dev dev = { 0 };
   
6. 
   
7.   /* Status of API are returned to this variable. */
   
8.   int8_t rslt;
   
9. 
   
10.   /* Variable to define limit to print accel data. */
    
11.   uint16_t limit = 300;
    
12. 
    
13.   /* Create an instance of sensor data structure. */
    
14.   struct bmi3_sensor_data sensor_data = { 0 };
    
15. 
    
16.   /* Initialize the interrupt status of accel. */
    
17.   uint16_t int_status = 0;
    
18. 
    
19.   uint8_t indx = 0;
    
20.   float x = 0, y = 0, z = 0;
    
21. 
    
22.   /* Structure to define accelerometer configuration. */
    
23.   struct bmi3_sens_config config = { 0 };
    
24. 
    
25.   /* Select accel sensor. */
    
26.   sensor_data.type = BMI323_ACCEL;
    
27. 
    
28.   /* Function to select interface between SPI and I2C, according to that the device structure gets updated.
    
29.    * Interface reference is given as a parameter
    
30.    * For I2C : BMI3_I2C_INTF
    
31.    * For SPI : BMI3_SPI_INTF
    
32.    */
    
33.   rslt = bmi3_interface_init(&dev, BMI3_SPI_INTF);
    
34.   bmi3_error_codes_print_result("bmi3_interface_init", rslt);
    
35. 
    
36.         while (1)
    
37.   {
    
38.                 /* Initialize bmi323. */
    
39.                 rslt = bmi323_init(&dev);
    
40.                 bmi3_error_codes_print_result("bmi323_init", rslt);
    
41. 
    
42.                 if (rslt == BMI323_OK) break;
    
43.                
    
44.                 HAL_DelayMs(2000);
    
45.         }
    
46. 
    
47.   /* Accel configuration settings. */
    
48.   rslt = set_accel_config(&dev);
    
49. 
    
50.   if (rslt == BMI323_OK)
    
51.   {
    
52.     rslt = bmi323_get_sensor_config(&config, 1, &dev);
    
53.     bmi3_error_codes_print_result("bmi323_get_sensor_config", rslt);
    
54.   }
    
55. 
    
56.   /* Gyro configuration settings. */
    
57.   rslt = set_gyro_config(&dev);
    
58. 
    
59.   if (rslt == BMI323_OK)
    
60.   {
    
61.     rslt = bmi323_get_sensor_config(&config, 1, &dev);
    
62.     bmi3_error_codes_print_result("bmi323_get_sensor_config", rslt);
    
63.   }
    
64. 
    
65.   /* USER CODE END 2 */
    
66. 
    
67.   /* Infinite loop */
    
68.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    
69.   while (1)
    
70.   {
    
71.     /* USER CODE END WHILE */
    
72. 
    
73.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    
74.     while (indx <= limit)
    
75.     {
    
76.       /* Select accel sensor. */
    
77.       sensor_data.type = BMI323_ACCEL;
    
78. 
    
79.       printf("\nAccel Sensor");
    
80.       printf("\nData set, Range, Acc_Raw_X, Acc_Raw_Y, Acc_Raw_Z, Acc_ms2_X, Acc_ms2_Y, Acc_ms2_Z\n\n");
    
81. 
    
82.       /* Get accelerometer data for x, y and z axis. */
    
83.       rslt = bmi323_get_sensor_data(&sensor_data, 1, &dev);
    
84.       bmi3_error_codes_print_result("Get sensor data", rslt);
    
85. 
    
86.       /* Converting lsb to meter per second squared for 16 bit accelerometer at 2G range. */
    
87.       x = lsb_to_mps2(sensor_data.sens_data.acc.x, 2, dev.resolution);
    
88.       y = lsb_to_mps2(sensor_data.sens_data.acc.y, 2, dev.resolution);
    
89.       z = lsb_to_mps2(sensor_data.sens_data.acc.z, 2, dev.resolution);
    
90. 
    
91.       /* Print the data in m/s2. */
    
92.       printf("%d, %d, %d, %d, %d, %4.2f, %4.2f, %4.2f\n",
    
93.              indx,
    
94.              config.cfg.acc.range,
    
95.              sensor_data.sens_data.acc.x,
    
96.              sensor_data.sens_data.acc.y,
    
97.              sensor_data.sens_data.acc.z,
    
98.              x,
    
99.              y,
    
100.              z);
     
101. 
     
102.       /* Select gyro sensor. */
     
103.       sensor_data.type = BMI323_GYRO;
     
104. 
     
105.       printf("\nGyro Sensor");
     
106.       printf("\nData set, Range, Gyr_Raw_X, Gyr_Raw_Y, Gyr_Raw_Z, Gyr_dps_X, Gyr_dps_Y, Gyr_dps_Z\n\n");
     
107. 
     
108.       /* Get gyro data for x, y and z axis. */
     
109.       rslt = bmi323_get_sensor_data(&sensor_data, 1, &dev);
     
110.       bmi3_error_codes_print_result("Get sensor data", rslt);
     
111. 
     
112.       /* Converting lsb to degree per second for 16 bit gyro at 2000dps range. */
     
113.       x = lsb_to_dps(sensor_data.sens_data.gyr.x, (float)2000, dev.resolution);
     
114.       y = lsb_to_dps(sensor_data.sens_data.gyr.y, (float)2000, dev.resolution);
     
115.       z = lsb_to_dps(sensor_data.sens_data.gyr.z, (float)2000, dev.resolution);
     
116. 
     
117.       /* Print the data in dps. */
     
118.       printf("%d, %d, %d, %d, %d, %4.2f, %4.2f, %4.2f\n",
     
119.              indx,
     
120.              config.cfg.gyr.range,
     
121.              sensor_data.sens_data.gyr.x,
     
122.              sensor_data.sens_data.gyr.y,
     
123.              sensor_data.sens_data.gyr.z,
     
124.              x,
     
125.              y,
     
126.              z);
     
127. 
     
128.       indx++;
     
129. 
     
130.       HAL_DelayMs(2000);
     
131.     }
     
132.   }

复制代码

输出结果

将程序下载到NUCLEO-G070开发板中，运行程序，打开友善串口调试助手，选择正确的串口号，稍后将显示接收到的数据：