任务介绍

本次任务的核心目标是设计一款紧凑的IMU模块，其尺寸被严格限定在小于60mmx40mm的范围内，我们尽量做得小一点。该款模块要求至少三轴的数据检测，而且要求在得捷官网上可售的，我们浏览的一下IMU传感器的专栏，也对应的看了一下模块专区，最后我们将目标定在了BMI270这款传感器身上。具体的任务要求如下：

设计一款IMU模块，可实现至少三轴的数据检测，例如加速度计、陀螺仪、磁力计等

板卡尺寸：小于60mmx40mm

包含信号：信号输出口，+3.3V、GND

主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖

请注意：PCB设计工具需用KiCad（官方邮件赠送了课程），或最终提交的文件需是KiCad文件，详见大赛主页阶段1要求和项目提交内容。

模块介绍

设计思路

本次设计的IMU模块本着模块化的思想，设计一个紧凑的的而功能全面的IMU模块，本次任务的电路相对还是比较简单的，需要进行基本的外围电路的设计，最后通过2.54的排针或者qwiic的接口进行连接控制。BMI270-IMU模块是一款基于博世超低功耗BMI270的qwiic分线板，使用的主接口是Qwiic，这样的接口可以使用arduino进行快速访问，参考了SPARKFUN 6DOF IMU BREAKOUT - BMI，确实有想要功能尽可能的保留，又希望可以尽可能的简约，主要是将尺寸进行重新的优化，打造自己的传感器模块库。6轴传感器结合了一个16位三轴陀螺仪和一个16位三轴加速度计。

功能介绍

本次设计是实IMU模块集成了以下功能：

qwiic接口，可串联；

IMU数据输出；

支持多种接口连接；

连接框图如下：

硬件介绍

本次设计的IMU模块是基于BMI270设计的，Bosch BMI270超低功耗智能惯性测量单元 (IMU) 专门设计用于各种可穿戴应用，大大提高了加速度计性能。BMI270包含直观的手势、情景和活动识别功能，并集成了针对腕戴式设备专门进行优化的即插即用计步器。该IMU也非常适合其他类型的可穿戴设备，如耳戴式设备、智能服装、智能鞋、智能眼镜和脚踝带。
作为超低功耗IMU，BMI270通过处理多个活动跟踪、计步和手势识别功能来延长系统电池寿命，独立于主系统处理器，无需将其唤醒。这些独立于处理器的功能包括诸如在达到一定步数时发送中断，或在用户站起来并开始行走时通过地理围栏激活GPS等任务。因此，在超低功耗域运行强大而准确的手势和活动识别功能，电流消耗仅为30μA。这显著降低了功耗，用户可以从延长的电池充电时间间隔中受益。

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

这次的设计主要考虑的跨级接口设计，在PCB布局上注意走线。

实物图

软件调试

本次设计的模块只能说是一个功能模块，用于IMU信息获取，我们需要使用一款主控单元，通过qwiic接口的线根据以下模块引脚定义进行适当的连接，任选一个就可以：

这里我们选择了一款arduino开发板作为本次测试验证的主控单元，根据功能需求连接如下：

我们使用arduinoIDE作为主要的开发工具，通过库管理工具搜索BMI270，可以搜到如下的库：

第一个就是官方的库，下面我们就基于这个库进行模块的控制，我们简单实现如下功能功能：输出Accelerometer的信息。

主要代码介绍：

打开开发板的IIC接口和串口打印功能，实时获取数据并打印：

/*
  Arduino BMI270 - Simple Accelerometer

  This example reads the acceleration values from the BMI270
  sensor and continuously prints them to the Serial Monitor
  or Serial Plotter.

  The circuit:
  - Arduino Nano 33 BLE Sense Rev2

  created 10 Jul 2019
  by Riccardo Rizzo

  This example code is in the public domain.
*/

#include "Arduino_BMI270_BMM150.h"

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Serial.println("Started");

  if (!IMU.begin()) {
    Serial.println("Failed to initialize IMU!");
    while (1);
  }

  Serial.print("Accelerometer sample rate = ");
  Serial.print(IMU.accelerationSampleRate());
  Serial.println(" Hz");
  Serial.println();
  Serial.println("Acceleration in G's");
  Serial.println("X\tY\tZ");
}

void loop() {
  float x, y, z;

  if (IMU.accelerationAvailable()) {
    IMU.readAcceleration(x, y, z);

    Serial.print(x);
    Serial.print('\t');
    Serial.print(y);
    Serial.print('\t');
    Serial.println(z);
  }
}

模块调试效果图

心得体会

本次我们选择了一个IMU模块的设计，整体硬件电路设计还是挺简单的，软件验证选择了arduino，官方直接支持，用来验证硬件模块非常方便，注意连线一定要正确基本上对全功能进行了引出，如果想要实现更多的功能，请使用2.54mm的扩展接口。