STM32H5与陀螺仪LSM6DSV16X系列开发：上位机匿名上报功能详解

概述

本文介绍了如何将 LSM6DSV16X 传感器的姿态数据通过匿名通信协议上报到上位机。通过获取传感器的四元数数据，并将其转换为欧拉角（Roll、Pitch、Yaw），然后按照协议格式化数据帧并通过串口传输到上位机。上位机接收后可进行实时显示和分析。这种方式广泛应用于姿态检测和控制系统，特别适合无人机、机器人等需要姿态控制的场景。

视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV1sS5bzkEU9/

STM32H5开发陀螺仪LSM6DSV16X(5)—-上报匿名上位机

样品申请

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

源码下载

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32H503CB，陀螺仪为LSM6DSV16X，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32H503_LSM6DSV16X_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32H503_LSM6DSV16X_LIS2MDL

上位机通讯

这里使用的是匿名助手的上位机
https://gitee.com/anotc/AnoAssistant
有专门的通讯协议

串口通讯协议格式如下所示，需要注意传输为小端模式传输。

对应的源地址和目标地址分别为0xFD和0xFE。

我们只需要上报加速度和陀螺仪数据，所以功能码为0x01，数据长度为0x0D，需要主要为小端模式传输。

陀螺仪工作方式

加速度计测量线性加速度，而陀螺仪测量角旋转。为此，他们测量了科里奥利效应产生的力。
陀螺仪是一种运动传感器，能够感测物体在一轴或多轴上的旋转角速度。它能够精确地感测自由空间中复杂的移动动作，因此成为追踪物体移动方位和旋转动作的必要设备。与加速计和电子罗盘不同，陀螺仪不需要依赖外部力量（如重力或磁场），可以自主地发挥其功能。因此，从理论上讲，只使用陀螺仪就可以完成姿态导航的任务。

陀螺仪的每个通道检测一个轴的旋转。也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。

MEMS陀螺仪主要利用科里奥利力（旋转物体在有径向运动时所受到的切向力）原理，公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念，利用振动来诱导和探测科里奥利力。
MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制共振运动，通过科里奥利力原理把角速率转换成一个特定感测结构的位移。

两个相同的质量块以方向相反的做水平震荡。当外部施加一个角速率，就会出现一个科氏力，力的方向垂直于质量运动方向，如垂直方向箭头所示。产生的科氏力使感测质量发生位移，位移大小与所施加的角速率大小成正比，科氏力引起的电容变化即可计算出角速率大小。
科里奥利效应指出，当质量 (m) 以速度 (v) 沿特定方向移动并施加外部角速率 (Ω)（红色箭头）时，科里奥利效应会产生一个力（黄色箭头），导致质量垂直移动。该位移的值与应用的角速率直接相关。

变量定义。

  /* USER CODE BEGIN 2 */

float Yaw,Pitch,Roll;  //偏航角，俯仰角，翻滚角

int16_t acc_int16[3] ={0,0,0};

int16_t gyr_int16[3] ={0,0,0};

float acc[3] = {0};

float gyr[3] = {0};

uint8_t data[21]={0};

data[0]=0xAB;//帧头

data[1]=0xFD;//源地址

data[2]=0xFE;//目标地址

data[3]=0x01;//功能码ID

data[4]=0x0D;//数据长度LEN

data[5]=0x00;//数据长度LEN 13

uint8_t sumcheck = 0;

uint8_t addcheck = 0;

int16_t angular_rate_raw[3]={0,0,0}; //pitch,roll,yaw

uint8_t data_angular_rate_raw[16]={0};

data_angular_rate_raw[0]=0xAB;//帧头

data_angular_rate_raw[1]=0xFD;//源地址

data_angular_rate_raw[2]=0xFE;//目标地址

data_angular_rate_raw[3]=0x03;//功能码ID

data_angular_rate_raw[4]=0x08;//数据长度LEN

data_angular_rate_raw[5]=0x00;//数据长度LEN 8

data_angular_rate_raw[6]=0x01;//mode = 1

data_angular_rate_raw[13]=0x00;//FUSION _STA：融合状态

  /* USER CODE END 2 */

欧拉角数据的转换

将欧拉角 Roll、Pitch、Yaw 乘以 100，以保留两位小数的精度。并且为 Yaw 数据减去了 18000，这通常是为了将欧拉角的范围转换为 [-18000, 18000] 这样方便传输的范围。

Roll=euler[2];

Pitch=euler[1];

Yaw=euler[0];

int16_t Roll_int16;

int16_t Pitch_int16;

int16_t Yaw_int16;

Roll_int16 = (int16_t)(Roll);

Pitch_int16 = (int16_t)(Pitch);

Yaw_int16 = (int16_t)(Yaw);

Roll_int16=Roll_int16*100;

Pitch_int16=Pitch_int16*100;

Yaw_int16=Yaw_int16*100-18000;

数据帧填充

将转换后的 Roll_int16、Pitch_int16 和 Yaw_int16 数据依次填充到数据帧的相应位置。

// Roll=Roll*100;

// Pitch=Pitch*100;

// Yaw=Yaw*100;

data_angular_rate_raw[7]=Roll_int16>>8;//roll

data_angular_rate_raw[8]=Roll_int16;

data_angular_rate_raw[9]=Pitch_int16>>8;//pitch

data_angular_rate_raw[10]=Pitch_int16;

data_angular_rate_raw[11]=Yaw_int16>>8;//yaw

data_angular_rate_raw[12]=Yaw_int16;

校验和计算

使用了双层循环求和来计算校验和，这是一种累加和的方法，确保帧数据的完整性。

data_angular_rate_raw[13]=0;

sumcheck = 0;

addcheck = 0;

for(uint16_t i=0; i < 14; i++)

{

sumcheck += data_angular_rate_raw[i]; //从帧头开始，对每一字节进行求和，直到 DATA 区结束

addcheck += sumcheck; //每一字节的求和操作，进行一次 sumcheck 的累加

}

data_angular_rate_raw[14]=sumcheck;

data_angular_rate_raw[15]=addcheck;

数据发送

通过 UART 发送封装好的 16 字节数据帧。

HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&data_angular_rate_raw, 16, 0xFFFF);

// printf('Roll=%.2f,Pitch=%.2f,Yaw=%.2fn',Roll,Pitch,Yaw)

演示