1、背景：

需要监控风扇的启动和停止，希望通过测量其振动频率来辅助判断。

2、传感器：

如下图所示，传统的振动传感器有两个缺点：一是测量精度低，对小振动不敏感；二是分频信号无法测量。

选择使用LSM6DSL加速度/角速度传感器。传感器所在的板是X-NUCLEO-IKSO1A2.如下图所示。

LSM6DSL三轴方向的加速度和角速度可以测量，我们只需要加速度信息来监测振动。

3、建工程：

首先使用的开发底板是ST官方的MB1136。下面将链接所有相关信息。

习惯使用Stm32cubeMX快速建立项目。根据开发板的主芯片型号和传感器链接的引脚，配置所占用的资源。最后一键生成项目。(关于如何使用stm32MX，可以自己度娘，也可以在下面讨论)

值得一提的是：

（1）配置I2C当需要使用快速模式时，速度设置为最大(4万Hz），这可以加速与加速度传感器之间的通信。可以尽可能提高加速度传感器的输出频率。在实际测试中发现，在最快的时间IIC在通信速度下，传感器最大输出频率为3.33KHz。

(2)配置中断输入引脚，接收传感器数据时发送的中断。(也可以自己读取某个状态位)

（3）ST波特率为固定的9600。如果你想更高，你需要单独接线。(我是单独接线，设置为115200)

下一步是在项目中编写代码。我相信每个人都可以编写自己的逻辑代码。我的逻辑思维如下：

(1)初始化设备和传感器

(2)启动传感器，准备一组加速度数据(3个数据，X,Y,Z），引脚中断。

（3）F401RE接收中断，读取6个字节(3个加速度值)。(直接读取补码的形式，加速度值为正负，在定义变量时需要使用int16）

(4)矢量计算一组数据(3方向加速度)，以获得其模长ACC。将ACC存储数组直到存储。(考虑到单片机存储空间有限，采用模长数组，1024个double数据）

(5)存放后，不再存放，放置在标志位置FFT傅里叶快速变换。相关知识参考:《C》C语言实现FFT算法_杨贵安博客-CSDN博客_c语言fft 。

该链接包含C语言代码，可直接运行。注意输入参数关系：

FFT需要定义与模长数组相同大小的多个数组，这需要更多的空间。

double pr[NUM],pi[NUM],fr[NUM],fi[NUM];

(6)存在得到的结果存在pr在[1024]中，如果需要观察变换的结果，可以在这个数组中使用double数据 打印到窗口助手中，再用excel观察变换结果。(打印时，单个数据接换行（\n\r），串口助手打印的一列数据直接复制到excel中）。数据列表中的第一个是直流分量，可以删除。另外，由于某种原因，剩余数据构成的图像呈现左右对称，显示时只取一半。如下图所示，传感器放置在计算机主机上，以测量主机风扇的振动。采样点共1024个。输出频率为833Hz。(增加采样点数，横坐标向右移动。提高输出频率，横坐标向左移动)(1024个采样点，833Hz输出频率对应145，145.66KHz输出频率对应72， 3.33KHz输出频率对应35)。

（7）水平坐标与振动频率直接相关。通过模拟输入数据观察，我发现采样点为1024时，傅里叶转换后获得的峰值高坐标与实际频率一致（略偏差，可理解）。

模拟输入pr[1024],包括10Hz，20Hz，30Hz，40Hz，50Hz，60Hz，70Hz，80Hz，90Hz。(参考频率与角速之间的关系)

for(i=0;i<1024;i ) {
pr[i]=cos(2*PI*0.001*i*10) cos(2*PI*0.001*i*20) cos(2*PI*0.001*i*30) cos(2*PI*0.001*i*40) cos(2*PI*0.001*i*50) cos(2*PI*0.001*i*60) cos(2*PI*0.001*i*70) cos(2*PI*0.001*i*80) cos(2*PI*0.001*i*90);
}

下图只使用了第一个~128点图(采样点数仍为1024)

4.编写上位机

上述显示过程有点繁琐，所以考虑为实时调试编写上位机。

转换后，下位机设备直接通过串口将数据发送到计算机。double数字首先转换为字符串，以字符串的形式发送。每个数据发送后，添加一个换行符\n,发送所有数据后，发送‘#’)

上位机编写，使用Qt和C 。有兴趣实现和源代码的童鞋可以问我。

我最好的计划是1024个采样点数组，传感器3.33KHz输出频率。计算机主机的频率测量为35Hz(每分钟2100转)。

纯个人经验总结，如有错误，欢迎讨论！

2020年12月17日 补充分享LSM6DSL 的初始化函数以及数据读取的函数

LSM6DSL pdf, LSM6DSL description, LSM6DSL datasheets, LSM6DSL view ::: ALLDATASHEET :::

/* USER CODE BEGIN 1 */

#include 
//IIC
#define LSM6DSL_DEV_Adress  0xd6
#define IIS2DLPC_DEV_Adress 0x30
#define LIS2DH12_DEV_Adress 0x30
int I2C_WriteData(uint8_t* pData,uint16_t Size,uint16_t MeAddress)
{
	HAL_StatusTypeDef ret =HAL_ERROR;
	uint16_t DevAddress=0;//设备地址
  uint16_t MemAddsize=I2C_MEMADD_SIZE_8BIT;
	uint32_t Timeout=1000;
	I2C_HandleTypeDef* hi2cX=NULL;
  hi2cX=&hi2c1;
	DevAddress=LIS2DH12_DEV_Adress;
	//IIC发送
	ret=HAL_I2C_Mem_Write(hi2cX,DevAddress,MeAddress,MemAddsize,pData,Size,Timeout);
	return ret;
}

int I2C_ReadData(uint8_t* pData,uint16_t Size,uint16_t MeAddress)
{
	uint16_t DevAddress=0;//设备地址
	//uint16_t MeAddress=0;
  uint16_t MemAddsize=0;
	uint32_t Timeout=1000;
	I2C_HandleTypeDef* hi2cX=NULL;
	hi2cX=&hi2c1;
	DevAddress=LIS2DH12_DEV_Adress;
	MemAddsize=I2C_MEMADD_SIZE_8BIT;
	//IIC读取
	if(HAL_OK == HAL_I2C_Mem_Read(hi2cX,DevAddress,MeAddress,MemAddsize,pData,Size,Timeout)) {
		return 0;
	}
	return -1;
}



/* USER CODE END 1 */

uint16_t Calculate_AccXYZ(int16_t X,int16_t Y,int16_t Z)
{
    uint32_t temp = X*X+Y*Y+Z*Z;
	  return (uint16_t)sqrt(temp);
}

uint8_t Acc_Value[6];
int16_t ZZZ=0;
I2C_ReadData(Acc_Value,6,0x28);// 0x28 //加速度计输出寄存器
ZZZ =Acc_Value[4] + (Acc_Value[5]<<8);