STM32L w praktycznej aplikacji wearable. Zmontuj sobie sportowy smartwatch

STM32L w praktycznej aplikacji wearable. Zmontuj sobie sportowy smartwatch
Pobierz PDF Download icon
Najnowsze narzędzie ewaluacyjna z oferty STMicroelectronics dla mikrokontrolerów STM32 - zestaw STEAVL-WESU1 - jest nietypowym narzędziem, wymaga bowiem od użytkownika odrobiny zdolności manualnych. Wynika to z faktu, że zamiast gotowego modułu do testów w efektownym pudełku otrzymujemy kit do samodzielnego złożenia. Zatem ? do dzieła!

Zestaw startowy STEVAL-WESU1 to ubieralny – jego obudowa ma formę zegarka! – sensor MEMS 10DoF zintegrowany z czujnikami ciśnienia i temperatury oraz interfejsem Bluteooth Low Energy (BLE). Urządzenie jest zasilane z miniaturowego akumulatora zainstalowanego w efektownej obudowie zegarkowej. Dzięki interfejsowi BLE zestaw może komunikować się z aplikacją uruchomioną na smartfonie lub tablecie z Androidem lub iOS, za której pomocą można rejestrować dane z czujników oraz je analizować, rejestrując zachowanie osoby noszącej STEVAL-WESU1. Przed rozpoczęciem zabawy zestaw trzeba mechanicznie zmontować, bowiem jego poszczególne elementy są dostarczane osobno (fotografia 1). Na szczęście zadanie to nie wymaga specjalnego treningu, poradzi sobie z nim średnio uzdolniony gimnazjalista.

Schemat blokowy zestawu STEVAL-WESU1 pokazano na rysunku 2. Na miniaturowej płytce drukowanej (jej widok pokazano na fotografii 3) zintegrowano mikrokontroler STM32L151VEY6 (z energooszczędnej rodziny STM32L1, Cortex-M3 @32MHz, z 512 kB Flash, 80 kB RAM oraz 16 kB EEPROM) oraz dwa sensory MEMS: LSM6DS3 – integrujący akcelerometr 3D oraz żyroskop 3D i LIS3MDL – 3-osiowy czujnik pola magnetycznego. Użytkownik ma także do dyspozycji czujnik ciśnienia LPS25HB (wykonany w technologii MEMS), w którym znajduje się także czujnik temperatury.

Wbudowany w zestaw interfejs radiowy BLE został wykonany na miniaturowym układzie BlueNRG-MS, a w jego torze antenowym zastosowano scalony filtr harmonicznych zintegrowany z symetryzatorem (balun antenowy – BALF-NRG-01D3), który został opracowany prze producenta specjalnie do współpracy z układem BlueNRG-MS.

W prezentowanym zestawie użyto także dwa inne, interesujące dla konstruktorów urządzeń mobilnych, elementy firmy STMicroelectronics:

− scaloną ładowarkę akumulatorów Li-Ion (STNS01),
− rejestrator pojemności-analizator kondycji akumulatora – układ oznaczony symbolem STC3115.

Prezentowany zestaw – dzięki estetycznemu wykonaniu – można używać jako gadżet rejestrujący naszą codzienną aktywność fizyczną, ale przede wszystkim jest to narzędzie dla konstruktorów zainteresowanych aplikacjami „wearable” oraz – w pewnym zakresie – IoT. Dlatego zestaw wyposażono w przelotkę umożliwiającą dołączenie do niego programatora-debuggera ST-Link (lub z nim zgodnego) oraz 10-żyłowy kabel połączeniowy, za pomocą którego programator jest dołączany do miniaturowego złącza SWD zainstalowanego na płytce zestawu (fotografia 4).

Producent udostępnił także dwa pakiety zaawansowanych bibliotek pozwalających w pełni wykorzystać możliwości sensorów MEMS zainstalowanych w zestawie. Są to:

osxMotionCP, które służą do rozpoznawania pozycji sensora względem powierzchni Ziemi. Do tego celu jest wykorzystywany akcelerometr z sensora LSM6DS3, którego rejestr danych jest odczytywany z domyślną częstotliwością 50 Hz. Schemat blokowy tego pakietu pokazano na rysunku 5.

osxMotionAR, które służą do rozpoznawania rodzaju aktywności osoby noszącej sensor (chód, bieganie, jazdę rowerem itp.). Biblioteki wykorzystują akcelerometr z sensora LSM6DS3, którego rejestr danych jest odczytywany z domyślną częstotliwością 16 Hz. Schemat blokowy tego pakietu pokazano na rysunku 6.

Obydwie biblioteki są dostarczane przez producenta bezpłatnie (dostępne do pobrania na stronie internetowej), korzystanie z nich wymaga uzyskania pliku licencyjnego, którego treść jest przechowywana w pliku osx_license.h (ulokowany w katalogu instalacyjnym bibliotek). Licencja jest de facto kluczem do deszyfracji prekompilowanych bibliotek – użytkownik nie ma dostępu do ich źródeł, może natomiast korzystać z ich zawartości za pomocą predefiniowanego API, które jest dokładnie opisane w dokumentacji bibliotek. W uzyskaniu licencji pomaga bezpłatny program narzędziowy OSX License Wizard, który jest instalowany wraz z bibliotekami (widok jego okna pokazano na rysunku 7).

Korzystanie w aplikacjach prezentowanych z bibliotek ułatwia obsługę sensorów MEMS oraz detekcję podstawowych gestów oraz czynności (chód, bieganie, jazda na rowerze, prowadzenie samochodu itp.). Na rysunku 8 pokazano funkcje detekcyjne zaimplementowane w pakietach osxMotionAR i osxMotionCP.

Część z funkcji wykrywających rodzaje ruchów użytkownika prezentowanego zestawu znajduje się w pakiecie osxMotionCP, który jest także dostępny bezpłatnie, korzystanie z niego wymaga uzyskania bezpłatnej licencji – podobnie jak w przypadku bibliotek osxMotionAR. Dzięki tym bibliotekom konstruktor chcący wykorzystać sensory MEMS w swojej aplikacji nie musi zgłębiać teorii kwaternionów i implementować obliczeń na tych obiektach, nie musi uczyć się podstaw filtracji sygnałów za pomocą estymatorów Kalmana, otrzymuje po prostu gotowy wynik w postaci definicji stanu obiektu z sensorami MEMS lub charakteru jego ruchu. Jest to niezwykły prezent dla konstruktorów i programistów, dający dużą przewagę sensorom produkowanym przez STMicroelectronics nad konkurentami. Prezentowane biblioteki są dostępne w trzech wariantach, zoptymalizowanych pod kątem używania w środowiskach bazujących na kompilatorach: GCC, Keil/ARM i IAR, przystosowanych do kompilacji na mikrokontrolery z rdzeniami Cortex-M3 i Cortex-M4F (ze sprzętowo obsługiwanymi instrukcjami DSP).

Biblioteki wykorzystali twórcy wcześniej wspomnianej aplikacji na smartfony/tablety, za której pomocą można m.in. rejestrować dane ze wszystkich sensorów, analizować je wyświetlając różnorodne grafiki (fotografie 910). Wersja dla Androida wyklucza – niestety – wielu użytkowników, ponieważ została przygotowana na wersję systemu od 4.4 w górę, co powoduje, że użytkownicy nieco starszych urządzeń są wykluczeni z „kręgu wtajemniczenia”. Aplikacja jest dostępna w GooglePlay, a w wersji dla iOS w sklepie AppStore.

Zestaw, który przedstawiliśmy w artykule ma spore walory użytkowe, bowiem ilustruje zarówno dojrzałe sposoby korzystania z sensorów MEMS, pokazuje dobry zestaw podzespołów dla aplikacji mobilnych oraz rozwiązania pozwalające zasilać tak rozbudowane funkcjonalnie urządzenie z miniaturowego akumulatora Li-Ion. W sumie – niezła szkoła inżynierska, polecamy!

Piotr Zbysiński, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
lipiec 2016
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik lipiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje lipiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów