STM32C5开发LSM6DSV16X(7)--自由落体检测

@TOC

概述

该产品内置自由落体检测（Free-fall）功能，通过加速度计识别设备的失重状态。当三轴加速度的绝对值均低于设定阈值，并持续达到设定时间时，芯片产生自由落体事件，可通过 INT1 或 INT2 引脚通知 MCU。

该功能由传感器内部硬件完成，无需 MCU 持续读取加速度数据并进行判断，适用于便携设备跌落监测、事件记录及保护动作触发等场景。自由落体检测识别的是设备下落时的失重过程，不是落地时的撞击。

需要样片的可以加qun申请：925643491 / 615061293 。

视频教学

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STM32C542CCT6，陀螺仪为LSM6DSV16X，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_LSM6DSV16X_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542_LSM6DSV16X_LIS2MDL

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

选择 Connectivity → USART1，设置为 Async 异步模式，波特率 115200、8 位数据、无校验、1 位停止位，启用收发模式。

串口的TX、RX 分别选择 PA9、PA10，均设置为复用模式（Alternate）、无上下拉、推挽输出，速度选择 Low。

IIC配置

STM32C542CCT6通过扩展接口与传感器模块连接，其中PB6作为I²C时钟线SCL，PB7作为I²C数据线SDA

首先在 STM32CubeMX2 中进入 Peripherals 外设配置页面，在 Connectivity 分类中选择 I2C1，并将 I2C1 外设使能。

如图所示，本实验的 I2C1 配置步骤如下：

点击左侧 Peripherals 外设配置入口
在 Connectivity 分类中选择 I2C1
将 I2C1 Mode 设置为 I2C，并确认 I2C1 显示为 Active
Speed frequency 设置为 Fast mode - 400 kHz
确认 I2C1 的 GPIO 引脚映射，SCL 为 PB6，SDA 为 PB7

CS和SA0设置

确认I2C 模式选择和地址选择：

CS 需要处于 I2C 模式对应电平

SA0 需要固定为高电平或低电平

将 PA1 和 PB2 配置为普通 GPIO。

在 Pinout 页面, set PA1 and PB2 to GPIO → Configured, used for SA0 (I²C address selection) respectively和 CS（通信接口选择）。

进入 System → GPIO，将 PA1、PB2 设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

板载 LIS2MDL 的 CS 引脚连接 PA6。在 Pinout 页面，将 PA6 设置为 GPIO → Configured。

进入 System → GPIO，将 PA6 命名为 CS2，设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

INT设置

IMU 的 INT1（Pin4）连接 STM32C542 的 PB0，用于接收陀螺仪数据就绪中断。

将 PB0 配置为输入、无上下拉，开启 EXTI0，选择下降沿触发（Falling edge），使能中断及 IRQ Handler 生成。

生成项目

修改配置后，左下角会提示 Click to save，需要先保存当前工程配置
点击左侧 Project settings，进入工程生成设置页面
在 IDE Project Generation 中选择工程格式和工具链，本例选择 CMake + GCC，然后点击 Generate IDE project 生成工程

导入STM32CubeIDE

打开 STM32CubeIDE，选择 File → Import，导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程。

展开 Import STM32 Project，选择 STM32 CMake Project，点击 Next，进入工程路径选择页面。

Project name：填写导入到 STM32CubeIDE 中显示的工程名称
Source directory：选择 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程目录
点击 Next，继续完成工程导入

Toolchain：选择 MCU ARM GCC，表示使用 ARM GCC 工具链进行编译
MCU：确认芯片型号为 STM32C542CCTx，与前面 STM32CubeMX2 中选择的 MCU 保持一致
CPU/Core：确认内核为 Cortex-M33，Core 为 0
点击 Finish，完成 CMake 工程导入

设置工程编码

在 Project Explorer 中选中工程，点击 Project → Properties。

选择 Resource，将 Text file encoding 设置为 Other → GBK，点击 Apply and Close 保存。

串口 printf 重定向

在 main.c 中添加以下头文件，并在 main() 前实现 _write()，将 printf() 输出重定向到 USART1，用于打印 MEMS 数据和调试信息。

c 复制代码

#include "mx_usart1.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    hal_uart_handle_t *huart1 = mx_usart1_uart_gethandle();

    if (huart1 != NULL)
    {
        HAL_UART_Transmit(huart1, ptr, len, 1000);
    }

    return len;
}

参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dsv16x-pid

添加对应驱动程序。

CMake 编译配置

在 CMakeLists.txt 中，将 .c 加入编译，并添加 -u _printf_float，启用 printf() 浮点输出支持。

c 复制代码

target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
    lsm6dsv16x_reg.c
)

target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME} PUBLIC
  -u _printf_float
)

驱动接口与中断回调配置

在 main.c 中引入 .h，并定义启动等待时间 BOOT_TIME 为 10 ms、读取ID。变量 whoamI 用于保存读取到的设备 ID，dev_ctx 用于绑定底层通信接口，thread_wake 用于标记中断事件。

声明 platform_write()、platform_read() 和 platform_delay()，分别实现寄存器写入、读取及延时。同时，通过 _write() 将 printf() 重定向至 USART1，方便输出检测结果。

在外部中断回调 HAL_EXTI_TriggerCallback() 中，判断中断是否来自 GPIO EXTI0，若匹配则将 thread_wake 置为 1。主循环随后读取传感器状态，判断是否发生事件。回调中仅设置标志位，寄存器读取和串口输出均在主循环中完成。

c 复制代码

#include "lsm6dsv16x_reg.h"

#define BOOT_TIME 10U
#define BOARD_EXPECTED_ID 0x70U
#define FREE_FALL_DURATION 12U

static stmdev_ctx_t dev_ctx;
static volatile uint8_t thread_wake = 0;
static int32_t platform_write(void *handle,uint8_t reg,const uint8_t *bufp,uint16_t len);
static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg,uint8_t *bufp,uint16_t len);
static void platform_delay(uint32_t ms);

/**
 * @brief  EXTI trigger callback
 */
void HAL_EXTI_TriggerCallback(hal_exti_handle_t *hexti, hal_exti_trigger_t trigger) {
    (void)trigger;
    if (HAL_EXTI_GetInstance(hexti) == HAL_EXTI_GPIO_0)
    {
        thread_wake = 1;
    }
}

传感器接口初始化与设备检查

系统初始化完成后，设置 CS1、CS2 为高电平，SA0 为低电平，并将寄存器读写函数、延时函数及 I²C1 句柄绑定到 dev_ctx，建立传感器通信接口。

等待 10 ms 后，读取并通过串口打印设备 ID。当 ID 不匹配时，程序停止运行；检查通过后，执行软件复位并再次等待 10 ms，随后使能 BDU（块数据更新），为后续检测配置做好准备。

c 复制代码

printf("HELLO\n");
HAL_GPIO_WritePin(CS1_PORT, CS1_PIN, HAL_GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(SA0_PORT, SA0_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(CS2_PORT, CS2_PIN, HAL_GPIO_PIN_SET);

lsm6dsv16x_if_cfg_t if_cfg = {0};
lsm6dsv16x_pin_int_route_t pin_int = {0};
lsm6dsv16x_interrupt_mode_t irq = {0};
uint8_t whoamI;

/* Initialize mems driver interface */
dev_ctx.write_reg = platform_write;
dev_ctx.read_reg = platform_read;
dev_ctx.mdelay = platform_delay;
dev_ctx.handle = mx_i2c1_i2c_gethandle();

/* Wait sensor boot time */
platform_delay(BOOT_TIME);

/* Check device ID */
lsm6dsv16x_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);

printf("LSM6DSV16X_ID=0x%x,id=0x%x\n", LSM6DSV16X_ID, whoamI);

if (whoamI != BOARD_EXPECTED_ID)
while (1);

/* Reset Device */
lsm6dsv16x_reset_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_GLOBAL_RST);
platform_delay(BOOT_TIME);

/* Enable Block Data Update */
lsm6dsv16x_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

加速度计与中断输出配置

将低量程加速度计设置为高性能模式，输出数据率（ODR）为 480 Hz，量程为 ±2 g，为检测提供加速度数据。

随后读取 IF_CFG 寄存器，将 pp_od 和 h_lactive 均设置为 1，再写回寄存器，使中断引脚采用开漏输出、低电平有效方式。对应的 MCU 输入引脚需配置上拉，并使用下降沿触发外部中断。

c 复制代码

/* Low-G accelerometer: 480 Hz, +/-2 g. */
lsm6dsv16x_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_480Hz);
lsm6dsv16x_xl_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_XL_HIGH_PERFORMANCE_MD);
lsm6dsv16x_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2g);

/* INT1: open-drain + active low. */
lsm6dsv16x_read_reg(&dev_ctx, LSM6DSV16X_IF_CFG,
                    (uint8_t *)&if_cfg, 1);

if_cfg.pp_od = 1;
if_cfg.h_lactive = 1;

lsm6dsv16x_write_reg(&dev_ctx, LSM6DSV16X_IF_CFG, (uint8_t *)&if_cfg, 1);

开启基本中断并配置锁存模式

锁存模式使中断请求在事件发生后保持有效，便于 MCU 在主循环中读取处理。结合之前的低电平有效配置，自由落体事件触发后，INT1 输出有效低电平；主循环读取对应状态寄存器，确认并清除锁存事件。

c 复制代码

/* Enable basic interrupts in latched mode. */
irq.enable = PROPERTY_ENABLE;
irq.lir = 1;
lsm6dsv16x_interrupt_enable_set(&dev_ctx, irq);

配置滤波

加速度计启动或发生相关配置变化后，数据可能需要一定时间才能稳定。第二条配置可以防止这段过渡数据参与自由落体等事件判断，减少启动阶段的误触发。

c 复制代码

/* Avoid events during accelerometer filter settling. */
lsm6dsv16x_filt_xl_fast_settling_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
lsm6dsv16x_mask_trigger_xl_settl_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

设置自由落体检测阈值

自由落体过程中，加速度计测得的三轴加速度接近零。检测算法判断三轴加速度的绝对值是否同时低于阈值，并结合后续设置的持续时间确认事件。

c 复制代码

/* Free-fall threshold = 312 mg. */
lsm6dsv16x_ff_thresholds_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_312_mg);

设置自由落体持续时间

参数 FREE_FALL_DURATION 的单位是加速度计的采样周期，不是毫秒。本例将其设置为 12，在 480 Hz 的输出数据率下，对应 25 ms。

只有三轴加速度的绝对值均低于设定阈值，并持续达到设定时间，才判定为自由落体事件，以减少瞬间波动造成的误触发。修改加速度计输出数据率后，需要相应调整该参数，才能保持相同的检测时间。

c 复制代码

/* Duration = 12 / 480 Hz = 25 ms. */
lsm6dsv16x_ff_time_windows_set(&dev_ctx, FREE_FALL_DURATION);

将自由落体事件路由到 INT1

首先在 pin_int 结构体中选中自由落体事件，再调用驱动接口，将 MD1_CFG（5Eh）寄存器中的 INT1_FF 位置为 1。

配置完成后，传感器检测到自由落体，就可以通过 INT1 通知 MCU。MCU 的 EXTI 回调设置 thread_wake，主循环再读取状态并检查 status.ff_ia，确认中断来源。

c 复制代码

/* Route Free-fall event to INT1. */
pin_int.freefall = PROPERTY_ENABLE;
lsm6dsv16x_pin_int1_route_set(&dev_ctx, &pin_int);

主循环

主循环持续检查中断标志 thread_wake。当标志为 1 时，先将其清零，再读取 WAKE_UP_SRC 寄存器，获取自由落体事件状态并清除对应的锁存中断。虽然寄存器名称包含 Wake-up，但其中也包含自由落体状态位 ff_ia。

c 复制代码

while (1)
{
    if (thread_wake)
    {
        lsm6dsv16x_all_sources_t status = {0};

        thread_wake = 0;

        /* Read interrupt source and clear the latched event. */
        if (lsm6dsv16x_all_sources_get(&dev_ctx, &status) != 0)
        {
            thread_wake = 1;
            platform_delay(100);
            continue;
        }

        if (status.free_fall)
        {
            printf("Free-fall detected\r\n");
        }
    }
}

演示

当传感器触发自由落体时，会产生相应事件。