Qmi8658A姿态传感器使用心得（1）linux

企业开发 2024-11-04 22:37:22 阅读次数: 0

1.前言（背景介绍）：

        在当今科技迅速发展的时代，精确的姿态测量对于各种应用至关重要，从智能手机、无人机到自动驾驶汽车和航空航天器。QMI8658A姿态传感器作为市场上的一款高性能产品，为用户提供了前所未有的测量精度和可靠性。本文将深入探讨QMI8658A传感器的技术特点、工作原理以及在不同领域的应用前景。

        技术规格与特点： QMI8658A姿态传感器集成了多种传感技术，包括加速度计、陀螺仪和磁力计，以提供全面的三维空间定位数据。该传感器采用了先进的微机电系统（MEMS）技术，确保了小巧的尺寸和低功耗的同时，也保证了高灵敏度和准确性。此外，QMI8658A具备以下显著特点：

  • 高分辨率加速度和角速度输出
  • 内置温度传感器和校准算法，提高稳定性
  • 用户可配置的数据输出速率和全量程范围
  • 支持I2C和SPI接口，便于集成
  • 强大的抗干扰性能，适用于复杂环境

工作原理： QMI8658A通过内部的加速度计检测设备在三个空间轴（X、Y、Z轴）上的加速度，从而确定设备的倾斜角度。陀螺仪则测量绕这三个轴的角速度，监测设备的旋转动态。磁力计用于感知地磁场的方向和强度，辅助进行方向定位。传感器融合算法结合这些数据，实时计算出设备的精确姿态，并通过数字接口输出。

应用领域： QMI8658A姿态传感器因其高精度和稳定性，被广泛应用于多个领域：

  • 智能手机和平板电脑：用于屏幕旋转、游戏控制和步行导航。
  • 无人机：提供飞行稳定控制和航向参考。
  • 自动驾驶汽车：辅助进行车辆定位和导航。
  • 机器人技术：实现平衡控制和路径规划。
  • 虚拟现实和增强现实：改善用户的沉浸式体验。
  • 运动分析：捕捉人体动作，用于体育训练和康复治疗。

2.pin to pin（引脚说明）：

        QMI8658A传感器通常采用紧凑的封装设计，例如LGA封装，具有多个针脚用于传输数据、电源供给及接地。此外QMI8658A姿态传感器的针脚设计还提供了灵活的接口选项，支持I2C和SPI通信协议，使其能够轻松集成到各种微控制器和处理平台。

 3.通信参考设计图：

      （这里建议配合原理图理解，不然会过于枯燥）。  SCL, SDA, CS, SDx, SCx, RESV (Pin10)上有内部200Kohm上拉电阻。默认情况下，所有这些拉上电阻都是启用的。所有电阻可通过CTRL9命令禁用。
        对于具体引脚配置和使用。i2c上运载的设备的地址等。建议直接使用i2c-tools使用就好（可以参考我的相关文章）
        在SDO/SA0引脚上有一个内部200Kohm上拉电阻，在上电复位或软复位时使能复位过程中检测到I2C从地址后自动禁用。因此，在I2C/I3C模式下保留SDO/SA0浮动或将其连接到高电平(建议，以提供稳定的电平)，将设置I2C从机地址/I3C静态地址到0x6A。并将其连接到低电平，将I2C从地址/ I3C静态地址设置为0x6b。（这里直接在Linux操作系统中使用i2cdetect检测）
        在3线SPI模式下，让SDO/SA0引脚浮动。SCx和SDx可以连接到VDDIO或逻辑高，GND或逻辑低，或左浮动如果内部上拉电阻启用。RESV(引脚10)不应连接到GND或Logic Low。它可以连接到VDDIO或逻辑高，或离开它外部浮动并启用内部上拉电阻(默认情况下上拉电阻是启用的)。连接首选VDDIO，它可以提供稳定的High电平。
        RESV-NC(引脚11)是默认的输出引脚，应该是浮动的(没有连接)。万一需要连接到高电平或低电平，RESV(引脚10)应牢固地连接到VDDIO，提供稳定的高电平，以禁用引脚11输出。

3.1：I3C/I2C-UI模式

3.2：3线SPI-UI模式

3.3：4线SPI-UI模式 

4.寄存器地址与配置：

4.1：通信选择寄存器：

4.2：加速度配置寄存器：

4.3 ：陀螺仪配置寄存器：

4.4：输出选择寄存器：

5.pcb原理图：

5.1：原理图：

5.2：EVB：

6.I2c通信驱动：

​
static int qmi8658a_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) {
    int ret;
    uint8_t buffer[2];

    // 配置传感器
    buffer[0] = 0x80; // 使能传感器
    buffer[1] = 0x00; // 配置加速度计和陀螺仪
    ret = i2c_master_send(client, buffer, 2);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&client->dev, "Failed to configure QMI8658A sensor
");
        return ret;
    }

    // 读取数据
    buffer[0] = 0x37; // TEMPH寄存器地址
    ret = i2c_master_recv(client, buffer, 2);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&client->dev, "Failed to read temperature data from QMI8658A sensor
");
        return ret;
    }

    // 输出结果
    int16_t temp = (buffer[0] << 8) | buffer[1];
    printk(KERN_INFO "QMI8658A temperature: %d°C
", temp);

    return 0;
}

static int qmi8658a_remove(struct i2c_client *client) {
    return 0;
}

static const struct i2c_device_id qmi8658a_id[] = {
    { "qmi8658a", 0 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, qmi8658a_id);

static struct i2c_driver qmi8658a_driver = {
    .driver = {
        .name = "qmi8658a",
    },
    .probe = qmi8658a_probe,
    .remove = qmi8658a_remove,
    .id_table = qmi8658a_id,
};

module_i2c_driver(qmi8658a_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("QMI8658A I2C driver ");

​

7.SPI通信驱动 ：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/spi/spidev.h>

#define QMI8658_SPI_BUS 0 // SPI总线编号
#define QMI8658_SPI_DEVICE 0 // SPI设备编号
#define QMI8658_SPI_MODE SPI_MODE_3 // SPI模式
#define QMI8658_SPI_BITS_PER_WORD 8 // 每个字的位数
#define QMI8658_SPI_MAX_SPEED_HZ 1000000 // SPI最大速度（Hz）

int main() {
    int file;
    uint8_t buffer[10];
    int16_t accel_x, accel_y, accel_z;

    // 打开SPI设备文件
    if ((file = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR)) < 0) {
        perror("Failed to open the spi bus");
        exit(1);
    }

    // 设置SPI参数
    if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MODE, &QMI8658_SPI_MODE) < 0) {
        perror("Failed to set spi mode");
        exit(1);
    }
    if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &QMI8658_SPI_BITS_PER_WORD) < 0) {
        perror("Failed to set bits per word");
        exit(1);
    }
    if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &QMI8658_SPI_MAX_SPEED_HZ) < 0) {
        perror("Failed to set max speed hz");
        exit(1);
    }

    // 读取加速度计数据
    buffer[0] = QMI8658_REG_ACCEL_XOUT_H;
    if (write(file, buffer, 1) != 1) {
        perror("Failed to write to the spi bus");
        exit(1);
    }
    if (read(file, buffer, 6) != 6) {
        perror("Failed to read from the spi bus");
        exit(1);
    }

    // 解析加速度计数据
    accel_x = (buffer[0] << 8) | buffer[1];
    accel_y = (buffer[2] << 8) | buffer[3];
    accel_z = (buffer[4] << 8) | buffer[5];

    // 打印加速度计数据
    printf("Accelerometer data: X=%d Y=%d Z=%d
", accel_x, accel_y, accel_z);

    // 关闭SPI设备文件
    close(file);

    return 0;
}

8.数据读取：

  1. 打开I2C设备文件：通过调用open()函数，尝试打开名为I2C_DEVICE的文件，该文件代表I2C总线设备。如果打开失败，程序将输出错误信息并退出。

  2. 设置I2C从设备地址：通过调用ioctl()函数，设置QMI8658A传感器的I2C地址。如果设置失败，程序将输出错误信息并退出。

  3. 配置传感器：向传感器发送命令，使能传感器并配置加速度计和陀螺仪。

  4. 读取数据：首先读取状态寄存器，检查数据是否可用。如果数据可用，依次读取加速度计、陀螺仪和温度传感器的数据。

  5. 输出结果：将读取到的加速度计、陀螺仪和温度数据打印到屏幕上。

  6. 关闭I2C设备文件：通过调用close()函数，关闭与I2C设备的连接。

  7. 注意：在这段代码中，有一些宏定义（如I2C_DEVICE、QMI8658A_I2C_ADDR、AXH等）我这里就没有给出具体值，这些值需要你根据需求来设定（看下用户手册）

int main() {
    int file;
    uint8_t buffer[2];
    int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz, temp;

    // 打开I2C设备文件
    if ((file = open(I2C_DEVICE, O_RDWR)) < 0) {
        perror("Failed to open the i2c bus");
        exit(1);
    }

    // 设置I2C从设备地址
    if (ioctl(file, I2C_SLAVE, QMI8658A_I2C_ADDR) < 0) {
        perror("Failed to acquire bus access and/or talk to slave");
        exit(1);
    }

    // 配置传感器
    buffer[0] = 0x80; // 使能传感器
    buffer[1] = 0x00; // 配置加速度计和陀螺仪
    write(file, buffer, 2);

    // 读取数据
    read(file, buffer, 1); // 读取状态寄存器
    if (buffer[0] & 0x01) { // 检查数据可用位
        // 读取加速度计数据
        buffer[0] = AXH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        ax = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        buffer[0] = AYH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        ay = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        buffer[0] = AZH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        az = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        // 读取陀螺仪数据
        buffer[0] = GXH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        gx = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        buffer[0] = GYH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        gy = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        buffer[0] = GZH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        gz = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        // 读取温度数据
        buffer[0] = TEMPH;
        write(file, buffer, 1);
        read(file, buffer, 2);
        temp = (buffer[0] << 8) | buffer[1];

        // 输出结果
        printf("Acceleration: AX=%d, AY=%d, AZ=%d", ax, ay, az);
        printf("Angular Rate: GX=%d, GY=%d, GZ=%d", gx, gy, gz);
        printf("Temperature: %d°C", temp);
    } else {
        printf("No data available");
    }

    // 关闭I2C设备文件
    close(file);

    return 0;
}

 9.数据的转化：

        这里使用的是默认的数值进行的转换。首先要想获得准确的传感器数值。需要通过阅读开发者手册中来获取对应的数值转换的方式从而来转换数值。这里就不做统一要求。

// 假设原始数据为6字节，每字节代表一个16位整数
void qmi8658a_data_conversion(uint8_t raw_data[6], int16_t result[3]) {
    // 将原始数据转换为实际值
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        // 使用小端字节序解析16位整数
        result[i] = (raw_data[2 * i] | (raw_data[2 * i + 1] << 8));
    }
}

int main() {
    uint8_t raw_data[6] = {0x01, 0x00, 0x02, 0x00, 0x03, 0x00}; // 示例原始数据
    int16_t result[3];

    qmi8658a_data_conversion(raw_data, result);

    printf("转换后的数据：
");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("result[%d] = %d
", i, result[i]);
    }

    return 0;
}

10.产品特性：

        如果还想了解更多关于这个传感器的设计的可以查看其开发商官网获得信息：

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转载自blog.csdn.net/m0_74962389/article/details/140203446
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