一、项目介绍和创意介绍

本项目针对智能家居大屏音响的使用场景，基于 STM32U5G9DK2 开发板和 LSM6DSO 6 轴惯性测量单元，开发了一套姿态感知自适应 GUI 系统。系统能够实时检测大屏音响的空间姿态（横屏、竖屏、倾斜角度），并根据不同姿态自动切换对应的 GUI 界面，通过 UART 串口输出姿态数据和调试日志，实现了 "姿态即交互" 的智能化体验，大幅提升了大屏音响在不同使用场景下的操作便捷性。

二、使用到的硬件介绍

1. 主控单元：STM32U5G9DK2 开发板（核心芯片 STM32U5G9），作为系统控制核心，负责传感器数据采集、姿态解算、GUI 界面渲染和交互逻辑处理；
2. 姿态传感器：LSM6DSO 6 轴惯性测量单元（集成 3 轴加速度计 + 3 轴陀螺仪），通过 I2C/SPI 接口与 MCU 通信，实时采集加速度和角速度数据；
3. 显示单元：STM32U5G9DK2 开发板自带 800×480 分辨率 LCD 触摸屏，用于显示自适应 GUI 界面和接收触控输入；
4. 输入单元：开发板自带 USER 物理按键，用于系统复位、模式切换等基础操作；
5. 调试单元：UART1 串口，波特率 115200，输出实时姿态数据、传感器状态和系统日志；
6. 电源单元：开发板 USB 供电或外部 5V 电源供电，支持锂电池供电拓展，适配智能家居设备的移动使用需求。

三、方案框图

┌───────────────┐     ┌───────────────┐     ┌───────────────┐
│ 输入模块      │     │ 主控模块      │     │ 输出模块      │
│ ┌───────────┐ │     │ ┌───────────┐ │     │ ┌───────────┐ │
│ │ LSM6DSO传感器│─────┼─┤ STM32U5G9J │─────┼─┤ LCD触摸屏  │ │
│ └───────────┘ │     │ └───────────┘ │     │ └───────────┘ │
│ ┌───────────┐ │     │        │       │     └───────────────┘
│ │ USER按键  │ │     │        │       │
│ └───────────┘ │     │        ▼       │
└───────────────┘     │ ┌───────────┐ │     ┌───────────────┐
                      │ │ UART1调试 │ ├─────┤ 日志输出      │
                      │ └───────────┘ │     └───────────────┘
                      └───────────────┘

四、软件程图和关键代码介绍

1. 软件流程图

┌─────────────────────────┐
│ 系统初始化（HAL/时钟）  │
└───────────┬─────────────┘
            ▼
┌─────────────────────────┐
│ 外设初始化              │
│ (LSM6DSO/LCD/触摸/UART) │
└───────────┬─────────────┘
            ▼
┌─────────────────────────┐
│ 传感器校准              │
│ - 加速度计零偏校准      │
│ - 陀螺仪零偏校准        │
└───────────┬─────────────┘
            ▼
┌─────────────────────────┐
│ GUI初始化               │
│ - 加载默认界面（平放）  │
│ - 初始化界面元素        │
└───────────┬─────────────┘
            ▼
┌─────────────────────────┐
│ 主循环：Main_Process    │
├───────────┬─────────────┤
│ 传感器数据读取          │
├───────────┼─────────────┤
│ 姿态解算（互补滤波）    │
├───────────┼─────────────┤
│ 姿态判断与稳定检测      │
├───────────┼─────────────┤
│ 姿态变化？→ 是：切换GUI │
│            → 否：继续   │
├───────────┼─────────────┤
│ 触摸事件处理            │
├───────────┼─────────────┤
│ 界面刷新                │
│ UART输出调试日志        │
├───────────┼─────────────┤
│ 低功耗检测              │
└───────────┬─────────────┘
            ▼
└─────────────────────────┘

2. 关键代码介绍

使用ST官方的SEQ调度器来控制LCD屏幕显示音乐的图标

/* ======================================================================== */
/*  DRAW: Music player main screen                                         */
/* ======================================================================== */
static void Draw_Player(void)
{
  UTIL_LCD_SetBackColor(UTIL_LCD_COLOR_BLACK);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  UTIL_LCD_FillRect(0, 0, 800, 50, UTIL_LCD_COLOR_BLACK);
  UTIL_LCD_SetFont(&Font24);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(0, 12, (uint8_t *)"  Music Player", CENTER_MODE);

  /* Album art placeholder */
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_ST_BLUE);
  UTIL_LCD_FillRect(300, 70, 200, 130, UTIL_LCD_COLOR_ST_BLUE);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  UTIL_LCD_SetFont(&Font24);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(0, 115, (uint8_t *)"ALBUM", CENTER_MODE);

  /* Song name */
  UTIL_LCD_SetFont(&Font20);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_YELLOW);
  snprintf(lcd_buf, sizeof(lcd_buf), "%s - %s", song_names[cur_song], song_artists[cur_song]);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(0, 215, (uint8_t *)lcd_buf, CENTER_MODE);

  /* Progress bar background */
  UTIL_LCD_FillRect(80, 260, 640, 20, 0xFF333333);
  /* Progress bar fill */
  int pw = (640 * play_progress) / 100;
  UTIL_LCD_FillRect(80, 260, pw, 20, UTIL_LCD_COLOR_ST_BLUE_LIGHT);
  UTIL_LCD_DrawRect(80, 260, 640, 20, UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  /* Percentage */
  UTIL_LCD_SetFont(&Font16);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  snprintf(lcd_buf, sizeof(lcd_buf), "%d%%", play_progress);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(0, 264, (uint8_t *)lcd_buf, CENTER_MODE);

  /* Play controls */
  UTIL_LCD_SetFont(&Font24);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(180, 300, (uint8_t *)"<<", LEFT_MODE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(380, 300, (uint8_t *)(is_playing ? "||" : ">"), CENTER_MODE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(580, 300, (uint8_t *)">>", LEFT_MODE);

  /* Volume indicator */
  UTIL_LCD_SetFont(&Font16);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_GRAY);
  snprintf(lcd_buf, sizeof(lcd_buf), "Vol: %d%%", volume);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(20, 305, (uint8_t *)lcd_buf, LEFT_MODE);

  /* Bottom nav bar */
  UTIL_LCD_FillRect(0, 400, 800, 80, 0xFF1A1A2E);
  UTIL_LCD_SetFont(&Font16);
  UTIL_LCD_SetTextColor(UTIL_LCD_COLOR_WHITE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(40,  425, (uint8_t *)"Play",  LEFT_MODE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(230, 425, (uint8_t *)"Lyrics", LEFT_MODE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(430, 425, (uint8_t *)"Vol",    LEFT_MODE);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(630, 425, (uint8_t *)"List",   LEFT_MODE);

  /* Pose hint */
  UTIL_LCD_SetFont(&Font12);
  UTIL_LCD_SetTextColor(0xFF666666);
  UTIL_LCD_DisplayStringAt(0, 370, (uint8_t *)"Tilt left=Vol  Tilt right=List  Tilt fwd/bk=Prev/Next", CENTER_MODE);
}

注册I2C总线读取LSM6DS0传感器

/* ======================================================================== */
/*  I2C1 init  — PG13/PG14 AF4  (verified working)                        */
/* ======================================================================== */
static void I2C1_UserInit(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  HAL_PWREx_EnableVddIO2();

  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2C1;
  PeriphClkInit.I2c1ClockSelection   = RCC_I2C1CLKSOURCE_PCLK1;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
    Error_Handler();

  __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();

  GPIO_InitStruct.Pin        = GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14;
  GPIO_InitStruct.Mode       = GPIO_MODE_AF_OD;
  GPIO_InitStruct.Pull       = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed      = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  GPIO_InitStruct.Alternate  = GPIO_AF4_I2C1;
  HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);

  hi2c1.Instance              = I2C1;
  hi2c1.Init.Timing           = 0x70426363;
  hi2c1.Init.OwnAddress1      = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode   = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode  = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2      = 0;
  hi2c1.Init.OwnAddress2Masks = I2C_OA2_NOMASK;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode  = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode    = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
    Error_Handler();
  HAL_Delay(10);
}

static int32_t I2C_ReadReg(uint16_t a, uint16_t r, uint8_t *d, uint16_t l)
{ return (int32_t)HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, a, r, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, d, l, 1000); }

static int32_t I2C_WriteReg(uint16_t a, uint16_t r, uint8_t *d, uint16_t l)
{ return (int32_t)HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, a, r, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, d, l, 1000); }

static int32_t Sensor_Init(void) { I2C1_UserInit(); return 0; }
static void    Sensor_Delay(uint32_t ms) { HAL_Delay(ms); }
static uint32_t Sensor_GetTick(void) { return HAL_GetTick(); }

五、功能展示图及说明

核心的用户代码结构

主函数，也是初始化等功能代码集中的地方

GUI显示的代码

主函数，50ms调度一次

不同角度的显示

六、设计中遇到的难题和解决方法

难点1：LSM6DSO传感器无法获取数据，因为我这块U5G9DK2出现过I2C总线故障问题，疑似是芯片老化导致的，一开始读取不到传感器的数值还以为是硬件问题。后来才发现I2C的引脚使用错误导致的问题。看来没有硬件的支持，嵌入式是没办法运行的。

难点2：传感器数据没有消抖，稍微拿在手上，读取的传感器数据有变动就切换屏幕，还会出现屏幕叠加，最后消抖解决的。

心得体会：软硬件协同设计的重要性：本项目涉及硬件连接、传感器驱动、算法实现和 GUI 设计多个方面，只有软硬件协同优化，才能实现系统的最佳性能；