合宙Luat | 三轴加速度传感器——稀饭放姜LuaTask驱动手把手教程

Posted 2021-04-10 合宙Luat

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了合宙Luat | 三轴加速度传感器——稀饭放姜LuaTask驱动手把手教程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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LuaTask是合宙Luat开源架构的最新应用实现，用户基于此可便捷地进行二次开发，快速实现商业项目的应用落地，有效减少开发成本。

今天，我们将分享Luat社区针对一款应用极广泛的三轴加速度传感器——KXTJ3-1057，特别编写的LuaTask驱动手把手教程，方便用户触类旁通，根据实际情况和项目需求进行更改及调用。

感觉兴趣的朋友可通过文末“阅读原文”链接，下载PDF完整版。

KXTJ3-1057简介

三轴加速度传感器具有体积小和重量轻的特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在汽车电子、航空航天、医学设备、机器人及消费产品创新应用等领域得到广泛的应用。

合宙Luat | 三轴加速度传感器——稀饭放姜LuaTask驱动手把手教程

KXTJ3-1057原是Kionix出品的一款手机上非常常用的三轴加速度传感器（和KXTJ2-1009 pin to pin兼容，驱动也兼容），后被ROHM收购。

工作原理

KXTJ3-1057是三轴±2g、±4g、±8g或±16g微加工硅晶加速计。这些元件采用Kionix的专有等离子微加工工艺技术制造。

加速度使这些元件运动，进而产生电容器差是这些元件的加速度检测的基本原理，而且使用共模消除法减少由于工艺变化、温度和环境影响造成的误差。

利用玻璃浆料将另一片盖形晶圆与该器件粘结在一起，使这些元件实现晶圆级密封。独立的ASIC器件与感测元件封装在一起，用于进行信号调节和数字化通讯。

这种加速计采用2mm x 2mm x 0.9mm LGA塑料封装，由 1.71VDC至3.6VDC电源供电。稳压器用于在输入电源电压范围内保持内部工作电压恒定。这样就能在输入电压范围内保持稳定的工作特性，而且实现几乎检测不到的比率误差。

I2C数字协议用于与芯片进行通讯，以便对该部件进行配置并监视输出。

主要特性

体积小：
2mm x 2mm x 0.9mm LGA 封装；
低电流消耗：
待机状态0.9μA，低功耗状态10μA，高分辨率模式155μA；
电源电压范围宽：
1.71V~3.6V，且内置稳压器；
配置范围广：
±2g、±4g、±8g 或 ±16g；
I2C数字通讯接口，高达3.4 MHz；
高分辨率环形功能，阈值可配置，低至3.9mg；
用户可配置输出数据速率：
0.781Hz~1600Hz；
采用改进型设计，几乎消除了回流焊后偏移和灵敏度漂移；
高度可配置的中断控制功能；
符合RoHS/REACH规范。

编写KXTJ3-1057 for LuaTask 驱动

抽象驱动所用到的函数包含寄存器定义、读写寄存器函数、读中断状态函数、初始化函数、I2C通信自检函数等等。

上下滑动，查看完整内容

02 local KXTJ3_DCST_RESP = 0x0C -- KXTJ3 的数字通自检寄存器

03 -- 加速度输出寄存器

04 local KXTJ3_XOUT_L = 0x06

05 local KXTJ3_XOUT_H = 0x07

06 local KXTJ3_YOUT_L = 0x08

07 local KXTJ3_YOUT_H = 0x09

08 local KXTJ3_ZOUT_L = 0x0A

09 local KXTJ3_ZOUT_H = 0x0B

10 -- 中断寄存器

11 local KXTJ3_INT_SOURCE1 = 0x16 local

12 KXTJ3_INT_SOURCE2 = 0x17

13 local KXTJ3_STATUS_REG = 0x18

14 local KXTJ3_INT_REL = 0x1A

15 -- 控制寄存器

17 local KXTJ3_CTRL_REG2 = 0x1D

18 local KXTJ3_INT_CTRL_REG1 = 0x1E

19 local KXTJ3_INT_CTRL_REG2 = 0x1F

20 local KXTJ3_DATA_CTRL_REG = 0x21

21 local KXTJ3_WAKEUP_COUNTER = 0x29

22 local KXTJ3_WAKEUP_THRESHOLD_H = 0x6A

23 local KXTJ3_WAKEUP_THRESHOLD_L = 0x6B

KXTJ3-1057读写寄存器函数

LuaTask的I2C调用的是内部的硬件I2C，所以core给了几个API：

https://wiki.openluat.com/doc/luatApi4G/#i2c

KXTJ3-1057读写寄存器函数：

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01 -- 初始化并打开I2C操作

02 -- @param I2C 内部ID

03 -- @return number ,I2C的速率

04 local function i2c_open(id, speed)

05 if i2c.setup(id, speed or i2c.SLOW) ~= i2c.SLOW then

06 i2c.close(id)

07 return i2c.setup(id, speed or i2c.SLOW)

08 end

09 return i2c.SLOW

10 end

12 --- 读取寄存器值

13 -- @number id： I2C端口号

16 -- @return number: 寄存器当前值

17 function readRegister(id, addr, reg)

18 log.info("I2C OPEN Result:", i2c_open(id))

19 i2c.send(id, addr, reg)

20 local _, val = pack.unpack(i2c.recv(id, addr, 1), 'b')

21 i2c.close(id)

22 log.info("读取", string.format("寄存器:0x%02x 当前值:0x%02x", reg, val or 0))

23 return val;

24 end

26 --- 写寄存器方法

27 -- @number id: I2C端口号

30 -- @number ...: 要写入寄存器其他值

31 -- @return number: 寄存当前值

32 function writeReg(id, addr, reg, ...)

33 log.info("I2C OPEN Result:", i2c_open(id))

34 i2c.send(id, addr, {reg, ...})

35 local _, val = pack.unpack(i2c.recv(id, addr, 1), 'b')

36 log.info("重读", string.format("寄存器:0x%02x 当前值:0x%02x",reg, val or 0))

37 i2c.close(id)

38 return val

39 end

为了规避I2C异常，提高I2C抗干扰能力，建议I2C使用完后就立刻关闭。如上代码，每次读取寄存器1个字节。读写寄存器的函数可以根据实际情况，一次读取或写入两个字节，写寄存器函数每次写完后，会重读当前寄存器，方便调试。

I2C数字通信自检函数

参考KXTJ3-1057数据手册，可以找到寄存器“DCST_RESP” 专门用来做KXTJ3-1057数字通信验证。

如果接线正常，I2C工作正常, 那么读取该寄存器KXTJ3-1057会返回0x55，依据这个可以判断LuaTask的I2C和KXTJ3-1057的数字接线、数字通信是否正常；如果不返回0x55，要检查硬件和I2C端口号是否正确。

I2C数字通信自检函数：

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01 --- 数字通信自检验证

02 -- number id: I2C端口号

03 -- return number 正常返回0x55,其他值为异常

04 function dcst(id)

05 local val = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, DCST_RESP)

06 log.info("KXTJ3C DCST Result:", string.format("0x%02x", val or 0))

07 return val;

08 end

读取和复位状态寄存器

当中断源寄存器1的DRDY和WUFS位被置位时，该寄存器Bit4置位，表示有位移或者加速度变化产生。当读取加速度数据或读取中断释放寄存器(INT_REL)时，Bit4复位。

读取和复位状态寄存器：

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01 --- 读中断状态

02 -- number id: I2C端口号

03 -- return number 返回状态寄存器当前值

04 function readStatus(id)

05 local val = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_STATUS_REG)

06 log.info("KXTJ3C read interrupt status:",

string.format("0x%02x", val or 0))

07 return val;

08 end

10 --- 清中断状态

11 -- number id: I2C端口号

12 -- return nil

13 function clearStatus(id)

14 readRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_INT_REL)

15 log.info("Clear Interrupt status register：", "OK")

16 end

读取中断源寄存器

实际上读取寄存器的操作可以直接用readRegister函数直接实现，这里演示的是二次封装方法，方便跨页面调用。

读取中断源寄存器：

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01 --- 读取中断源寄存器

02 -- number id: I2C端口号

03 -- @number src: 1 读中断源1寄存器, 2读中断源2寄存器

04 -- @return number: 返中断源寄存器的值

05 function readInterrupt(id, src)

06 local val = 0

07 if src == 2 then

08 val = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_INT_SOURCE2)

09 else

10 val = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_INT_SOURCE1)

11 end

12 log.info("readInterrupt register：", string.format("%02x",val or 0))

13 return val

14 end

KXTJ3-1057工作模式切换

KXTJ3-1057部分寄存器写入数据必须在准备模式才能写入，工作模式写入无效。配置CTRL_REG1寄存器Bit7的值可切换工作模式：

0 = stand-by mode

1 = operating mode

KXTJ3-1057工作模式切换：

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01 --- 配置 KXTJ3工作模式

02 -- number id: I2C端口号

03 -- @number mode: 0 准备模式, 1工作模式

04 -- @return number: 返中断源寄存器的值

05 function setMode(id, mode)

06 log.info("-------->I2C OPEN Result:", i2c_open(id))

07 i2c.send(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_CTRL_REG1)

08 local _, val = pack.unpack(i2c.recv(id, KXTJ3_ADDR, 1), 'b')

09 i2c.send(id, KXTJ3_ADDR, {KXTJ3_CTRL_REG1, mode == 0 and

10 bit.clear(val, 7) or bit.set(val, 7)})

val = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_CTRL_REG1)

11 i2c.close(id)

12 log.info("读取CTRL_REG1寄存器:", string.format("当前值:0x%02x",val or 0))

13 end

实际应用中，也可以在准备模式配置完寄存器后，配置CTRL_REG1的同时切换KXTJ3为工作模式。

读取三轴加速度数据

读取三轴加速度数据：

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01 --- 读取三轴输出值,注意结果是 Tri-axis 数字量

02 -- @param axis: 'x','y','z' 分别表示x,y,z轴

03 -- @number n: 分辨率,可选值8,12,14(CTRL_REG1配置)

04 -- @return number: Tri-axis Digital

05 function readAxis(id, axis, n)

06 local val, recv, reg = 0, {}, {}

07 if axis == 'x' then

08 reg[1] = KXTJ3_XOUT_L

09 reg[2] = KXTJ3_XOUT_H

10 elseif axis == 'y' then

11 reg[1] = KXTJ3_YOUT_L

12 reg[2] = KXTJ3_YOUT_H

13 elseif axis == 'z' then

14 reg[1] = KXTJ3_ZOUT_L

15 reg[2] = KXTJ3_ZOUT_H

16 else

17 return 0

18 end

19 recv[1] = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, reg[1])

20 recv[2] = readRegister(id, KXTJ3_ADDR, reg[2])

21 val = recv[2] * 256 + recv[1]

22 if n == 8 then

23 return recv[2]

24 elseif n == 12 then

25 return (recv[2] > 0x7F) and bit.bor(bit.rshift(val, 4),

26 0xF000) or bit.band(bit.rshift(val, 4), 0x0FFF)

27 elseif n == 14 then

return (recv[2] > 0x7F) and bit.bor(bit.rshift(val, 4),

0xC000) or bit.band(bit.rshift(val, 4), 0x3FFF)

28 end

29 return 0;

30 end

这部分就是读取加速度三轴的高低位寄存器的值，根据CTRL_REG1寄存器配置的分辨率，然后换算成Tri-axis 数字量。

KXTJ3-1057三轴功能自检函数

KXTJ3-1057提供了一套功能自检逻辑，帮助用户判断三轴传感器是否正常工作。

当写入0xCA到SELF_TEST寄存器，内部测量自检方法被启用, 加速度的静电驱动会让X、Y、Z三轴产生偏移，对该寄存器写入0x00，则关闭自检并恢复正常工作。

KXTJ3-1057三轴功能自检函数：

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01 -- KXTJ3-1057 功能自检

02 -- number id: I2C端口号

03 -- @return nil

04 function selfTest(id)

05 setMode(id, 0)

06 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_SELF_TEST, 0xCA)

07 setMode(id, 1)

08 log.info("on self test axis-x: ", readAxis(id, 'x', 8))

09 log.info("on self test axis-y: ", readAxis(id, 'y', 8))

10 log.info("on self test axis-z: ", readAxis(id, 'z', 8))

11 setMode(id, 0)

12 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_SELF_TEST, 0x00)

13 setMode(id, 1)

14 log.info("out self test axis-x: ", readAxis(id, 'x', 8))

15 log.info("out self test axis-y: ", readAxis(id, 'y', 8))

16 log.info("out self test axis-z: ", readAxis(id, 'z', 8))

17 end

KXTJ3-1057初始化示例

下面介绍KXTJ3-1057初始化的例子, 读者可根据自己的实际情况和项目需求进行更改，其中一些直接用writeRegister写寄存器的方法, 大家可以自己动手封装成方法，方便在其他页面调用。

KXTJ3-1057初始化示例：

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01 --- 初始化配置

02 -- number id: I2C端口号

03 -- @return nil

04 function init(id)

05 -- 进入配置模式

06 setMode(id, 0)

07 -- 复位控制寄存器2

08 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_CTRL_REG2, 0x86)

09 -- 配置控制寄存器2 为50HZ

10 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_CTRL_REG2, 0x06)

11 -- 配置唤醒延时和唤阈值

12 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_WAKEUP_COUNTER, 50)

13 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_WAKEUP_THRESHOLD_H,

(1500 - (1500 % 256)) / 256)

14 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_WAKEUP_THRESHOLD_L, 1500

% 256)

15 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_DATA_CTRL_REG, 0x02)

16 -- 配置控制寄存器1 配置唤中断,(B0010 0010)

17 writeRegister(id, KXTJ3_ADDR, KXTJ3_CTRL_REG1, 0x82)

18 -- 清中断

19 clearStatus(id)

20 log.info("KXTJ3C init done: ", "ok!")

21 end

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