干货 | 当BLE遇到MEMS——收服和调教

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当BLE遇到MEMS，就如同天使有了翅膀。本期从有浅入深的介绍BLE与MEMS的那些事，就从ST的STEVAL-IDB007V1开发板中BLE_SensorDemo例程开始。

蓝牙入门
网上资料很多，可参考《蓝牙BLE权威教程》，或者看看干货 | BLE开发，你要知道这几件事

开发环境搭建
请参考论坛帖子STEVAL-IDB007V1之透传演示操作流程和所需软件资源下载（https://bbs.eeworld.com.cn/thread-604229-1-1.html），从开始菜单进入BlueNRG-1 Navigator可以实际运行各种例程查看效果。

硬件连接：
使用ST-Link V2中SWCLK与SWDIO与开发板对应的引脚连接，用来仿真；供电和串口都通过USB线缆。

程序烧录
蓝牙芯片的开发和普通MCU的开发并没什么不同，虽说蓝牙芯片里面有协议栈，但是基本不用管，也不要害怕会将其覆盖，学会调用其接口函数就好。打开安装路径下BLE_Examples\BLE_SensorDemo工程，编译烧录（如果烧录不进，使用BlueNRG-1Flasher将内存擦除，然后使用BlueNRG-1 ST-LINK Utility工具确认能够连接上）。

程序初窥
官方代码并没有使用HAL库或者LL库，很多地方直接操作寄存器，或许这是为了节约内存吧，程序的流程是手机发送指令，芯片接收指令后发送相关的数据，例如发送一个需求加速度计值的指令，芯片就发送一次数据过去。

官方的演示是可以姿态的，但实际上程序的姿态的获取确只用到了加速度计，加速度计在晃动的时候会抖动的厉害，实际情况却还是不错的，是因为程序将数据更新频率设为了13Hz，虽然没有开启滤波但是这样却大大的减少了抖动，这样使用加速度计来估计姿态在低速下是不错的，而且可以节约计算，但是确是相当的不准确。其实芯片是自带有高通滤波和底通滤波的，如果开启的话效果会更好。

更准确的读取数据
陀螺仪加速度计使用的是LSM6DS3，这个不算是ST最新的。在之前我做小车的时候曾经用过这款，发现过不少的坑，其中之一就是，连续读取值会读到错误值，下图是将更新频率设置为6600Hz的时候，连续采集时候的陀螺仪的值。

下图是局部放大图：

会发现陀螺仪的值会跳变（不同的倾角下跳变的概率不一样，更新频率越高，跳变的概率越大），由于陀螺仪在原始的寄存器值上乘以了70，将跳变值除以70后为+255和-255。

经过一系列的摸索，和ST工程师的帮助，终于解决了问题，见下图，那就是将BDU（Block Data Update）位置1，没有置1的话，数据没有准备好就被读出来也是有可能的，这也就是为何更新频率设置的越高就会越容易出现错误值的原因。

其实早在2015年在数据手册中就建议将BDU位置1了，后来的官方初始化程序中也都将BDU置1了。

下面是不动芯片，仅仅将BDU置1后的效果：

因此想要准确的的获取的数据记得将BDU位置1哦。

更高效的读取数据
该传感器使用的是SPI接口，这点很好，相比于IIC，SPI这是要快太多了，我们可以节约更多的时间用来做其他的事，也有利于节能，该芯片最高支持10MHz的SPI速度，但是驱动却写的不是很高效，官方代码如下：

1. static IMU_6AXES_StatusTypeDef    LSM6DS3_G_GetAxes( int32_t *pData )
   

2. {
   

3.   /*Here we have to add the check if the parameters are valid*/
   

4.   int16_t pDataRaw[3];
   

5.   float sensitivity = 0.0f;
   

6.   if(LSM6DS3_G_GetAxesRaw(pDataRaw) != IMU_6AXES_OK)
   

7.   {
   

8.     return IMU_6AXES_ERROR;
   

9.   }
   

10.   if(LSM6DS3_G_GetSensitivity( &sensitivity ) != IMU_6AXES_OK)
    

11.   {
    

12.     return IMU_6AXES_ERROR;
    

13.   }
    

14.   pData[0] = (int32_t)(pDataRaw[0] * sensitivity);
    

15.   pData[1] = (int32_t)(pDataRaw[1] * sensitivity);
    

16.   pData[2] = (int32_t)(pDataRaw[2] * sensitivity);
    

17.   return IMU_6AXES_OK;
    

1. static IMU_6AXES_StatusTypeDef LSM6DS3_G_GetAxesRaw( int16_t *pData )
   

2. {
   

3.   /*Here we have to add the check if the parameters are valid*/
   

4.   uint8_t tempReg[2] = {0, 0};
   

5.   if(LSM6DS3_IO_Read(&tempReg[0], LSM6DS3_XG_MEMS_ADDRESS, LSM6DS3_XG_OUT_X_L_G, 2) != IMU_6AXES_OK)
   

6.   {
   

7.     return IMU_6AXES_ERROR;
   

8.   } 
   

9.   pData[0] = ((((int16_t)tempReg[1]) << 8) + (int16_t)tempReg[0]);
   

10.   if(LSM6DS3_IO_Read(&tempReg[0], LSM6DS3_XG_MEMS_ADDRESS, LSM6DS3_XG_OUT_Y_L_G, 2) != IMU_6AXES_OK)
    

11.   {
    

12.     return IMU_6AXES_ERROR;
    

13.   }
    

14.   pData[1] = ((((int16_t)tempReg[1]) << 8) + (int16_t)tempReg[0]);
    

15.   if(LSM6DS3_IO_Read(&tempReg[0], LSM6DS3_XG_MEMS_ADDRESS, LSM6DS3_XG_OUT_Z_L_G, 2) != IMU_6AXES_OK)
    

16.   {
    

17.     return IMU_6AXES_ERROR;
    

18.   }
    

19.   pData[2] = ((((int16_t)tempReg[1]) << 8) + (int16_t)tempReg[0]);
    

20.   return IMU_6AXES_OK;
    

21. }

每次都是单次读取（读两个字节）每一轴的数据，而且还获取了一次sensitivity（读一个字节）。

我们知道SPI要完成一次读数据的操作，本质是需要读写两次的，第一次将地址写进去，然后再将0写入，将数据弄出来。因此驱动如果需要读取6轴的数据一共需要写12次，读18次SPI。而我认为sensitivity是开始设置的，可以不读，然后6轴的数据可以一次全部读出来，因为默认SPI地址是会累加的，如

因此程序可以改成如下，然后将陀螺仪值乘以70，加速度计值乘以0.122

1. void Get_Sensor_RawData(void){
   

2.       Sensor_IO_Read(NULL,LSM6DSL_ACC_GYRO_OUTX_L_G,regValue, 12);     
   

3.        for(int i=0;i<6;i++){
   

4.          Sensor_Raw_Data[/size][/font][font=微软雅黑][size=3] = ( ( ( ( int16_t )m_rx_buf[2*i+2] ) << 8 ) + (int16_t )m_rx_buf[2*i+1] );
   

5.        }
   

6. }

从0x22地址开读，也就是写1次，读12次，而且还节约了SPI的开启和关闭的耗时，这样就大大的提高的数据获取的速度，如果可以使用DMA能够更高效。

因此如果想要更加高效的使用陀螺仪加速度计，记得要连续的读取12个字节且无需读取灵敏度哦。