任务介绍
本次选择的任务是做一款可以输出三轴数据的模块，具体任务如下：
设计一款IMU模块：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。
我们本次选择的传感器是LIS2DW12三轴加速度传感器，该款传感器也是在得捷上呗广泛应用的模块，相关软件内容也是比较齐全的，便于后续的调试。
硬件介绍
本次设计的模块主要基于LIS2DW12进行设计，LIS2DW12三轴加速度计是一款性能全面且优良的线性加速度模块，它具有16位数据输出、1.6~1.6KHz带宽、±2/4/8/16g的可选量程、低功耗（低至50nA）、低噪音（低至1.3mgRMS）、32级FIFO的优点。且该产品拥有两个独立的可编程中断及专用内部引擎，使得该产品可实现超多功能，例如获取三轴加速度、自由落体检测、自由落体中断、纵向/横向检测、朝向检测（6D/4D）、可配置的单击/双击识别、敲击中断、运动检测、运动唤醒以实现高级省电等。
基本特性如下：
工作电压：3.3V
工作电流：50nA(低功耗模式)/0.17mA(高性能模式)
接口方式：I2C/SPI
I2C地址：0x19（默认地址）/0x18（可选：SDO引脚拉低选中）
可选量程：±2g/±4g/±8g/±16g
工作温度范围：-40℃~+85℃
16位数据输出
频率/带宽：1.6Hz~1600Hz
超低噪声：1.3mgRMS（低功耗模式）。
设计思路
本次主要设计一款三轴加速度计模块，主要还是常用的IIC接口通信，同时进行兼容SPI接口，在硬件上做一下兼容，整体的组成如下：
模块介绍
本次设计的三轴加速度计模块主要基于LIS2DW12进行设计，LIS2DW12三轴加速度计是一款超低功耗的线性加速度计，该传感器拥有两个独立的可编程中断及专用内部引擎，可实现超多功能，例如自由落体检测、纵向/横向检测、朝向检测、可配置的单击/双击识别、运动检测、运动唤醒以实现高级省电等。
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB
本次的设计采用的是插针连接的方式，基本上把引脚和状态引脚引出来了，如果进行简单的应用只要用U3引脚内容就可以进行基本的通信，配置U2引脚的中断可以实现更多的实时性强的设计，模块比较小巧，我们参考了一些经典设计，留有4个定位孔用于安装固定。
实物效果图
模块调试
我们本次的调试主要是基于DFRobot的资源进行，主要也是为了能够快速验证硬件平台，我们选用的是Arduino进行软件编程，首先我们要下载DFRobot基于三轴的库文件，可以参考附件的库文件，然后选择器应用，这里我们选择的是方向检测，代码如下：
#include <DFRobot_LIS2DW12.h>
//DFRobot_LIS2DW12_I2C acce(&Wire,0x18);
DFRobot_LIS2DW12_I2C acce;
//When using SPI communication, use the following program to construct an object by DFRobot_LIS2DW12_SPI
#if defined(ESP32) || defined(ESP8266)
#define LIS2DW12_CS D3
#elif defined(__AVR__) || defined(ARDUINO_SAM_ZERO)
#define LIS2DW12_CS 3
#elif (defined NRF5)
#define LIS2DW12_CS 2 //The pin on the development board with the corresponding silkscreen printed as P2
#endif
//DFRobot_LIS2DW12_SPI acce(/*cs = */LIS2DW12_CS,&SPI);
//DFRobot_LIS2DW12_SPI acce(/*cs = */LIS2DW12_CS);
int lastOrientation = 0; //No event happened
void setup(void){
Serial.begin(9600);
while(!acce.begin()){
Serial.println("Communication failed, check the connection and I2C address setting when using I2C communication.");
delay(1000);
}
Serial.print("chip id : ");
Serial.println(acce.getID(),HEX);
//Chip soft reset
acce.softReset();
/**！
Set the sensor measurement range:
e2_g /<±2g>/
e4_g /<±4g>/
e8_g /<±8g>/
e16_g /< ±16g>/
*/
acce.setRange(DFRobot_LIS2DW12::e2_g);
/**！
Set power mode:
eHighPerformance_14bit /<High-Performance Mode,14-bit resolution>/
eContLowPwr4_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 4(14-bit resolution)>/
eContLowPwr3_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 3(14-bit resolution)>/
eContLowPwr2_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 2(14-bit resolution)/
eContLowPwr1_12bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 1(12-bit resolution)>/
eSingleLowPwr4_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 4(14-bit resolution)>/
eSingleLowPwr3_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 3(14-bit resolution)>/
eSingleLowPwr2_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 2(14-bit resolution)>/
eSingleLowPwr1_12bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 1(12-bit resolution)>/
eHighPerformanceLowNoise_14bit /<High-Performance Mode,Low-noise enabled,14-bit resolution>/
eContLowPwrLowNoise4_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 4(14-bit resolution,Low-noise enabled)>/
eContLowPwrLowNoise3_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 3(14-bit resolution,Low-noise enabled)>/
eContLowPwrLowNoise2_14bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 2(14-bit resolution,Low-noise enabled)>/
eContLowPwrLowNoise1_12bit /<Continuous measurement,Low-Power Mode 1(12-bit resolution,Low-noise enabled)>/
eSingleLowPwrLowNoise4_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 4(14-bit resolution),Low-noise enabled>/
eSingleLowPwrLowNoise3_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 3(14-bit resolution),Low-noise enabled>/
eSingleLowPwrLowNoise2_14bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 2(14-bit resolution),Low-noise enabled>/
eSingleLowPwrLowNoise1_12bit /<Single data conversion on demand mode,Low-Power Mode 1(12-bit resolution),Low-noise enabled>/
*/
acce.setPowerMode(DFRobot_LIS2DW12::eContLowPwrLowNoise1_12bit);
/**！
Set the sensor data collection rate:
eRate_0hz /<Measurement off>/
eRate_1hz6 /<1.6hz, use only under low-power mode>/
eRate_12hz5 /<12.5hz>/
eRate_25hz
eRate_50hz
eRate_100hz
eRate_200hz
eRate_400hz /<Use only under High-Performance mode>/
eRate_800hz /<Use only under High-Performance mode>/
eRate_1k6hz /<Use only under High-Performance mode>/
eSetSwTrig /<The software triggers a single measurement>/
*/
acce.setDataRate(DFRobot_LIS2DW12::eRate_200hz);
/**！
Set the threshold of the angle when turning:
eDegrees80 (80°)
eDegrees70 (70°)
eDegrees60 (60°)
eDegrees50 (50°)
*/
acce.set6DThreshold(DFRobot_LIS2DW12::eDegrees60);
/**！
Set the interrupt source of the int1 pin:
eDoubleTap(Double click)
eFreeFall(Free fall)
eWakeUp(wake)
eSingleTap(single-Click)
e6D(Orientation change check)
*/
acce.setInt1Event(DFRobot_LIS2DW12::e6D);
delay(1000);
}
void loop(void){
//check Changes detected in six directions
if(acce.oriChangeDetected()){
DFRobot_LIS2DW12::eOrient_t orientation = acce.getOrientation();
if(lastOrientation != orientation){
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eXDown){
Serial.println("X is down now");
}
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eXUp){
Serial.println("X is up now");
}
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eYDown){
Serial.println("Y is down now");
}
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eYUp){
Serial.println("Y is up now");
}
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eZDown){
Serial.println("Z is down now");
}
if(orientation == DFRobot_LIS2DW12::eZUp){
Serial.println("Z is up now");
}
lastOrientation = orientation;
}
}
}
串口打印效果如下：
心得体会
这次我们设计的是一个三轴的模块，实际上有很多厂家的产品，ST绝对是一方巨头，也有很多的模块是基于这方面的传感器进行设计的，这次我们主要参考的事DFRobot的模块，有着丰富的软件开发教程，非常的方便！
