e2studio开发STHS34PF80人体存在传感器(1)----获取人体存在状态

概述

STHS34PF80是一款高性能的红外(IR)传感器，特别适用于检测存在感和运动。其主要特点是高灵敏度，能在没有透镜的情况下探测到4米远的物体（尺寸为70 x 25厘米），并配有集成的硅红外滤波器。这款传感器能够区分静止和移动物体，并具有80°的视场角。它出厂时已校准，且设计为低功耗，包含用于提高探测效果的智能算法。
其应用范围广泛，不仅包括存在感和接近感应、报警/安全系统、智能家居、智能照明、物联网、智能储物柜和智能墙板，还特别适用于检测人体的存在。由于其高灵敏度和精确度，它能够有效地用于人体检测，如在安保系统中探测潜在的入侵者，或在智能家居系统中监测房间内的人员动态。
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视频教学

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样品申请

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

完整代码下载

主要特点

高灵敏度探测: 专为探测红外线的存在和运动设计，具有高灵敏度。
探测范围: 能够在没有透镜的情况下，探测到70 x 25厘米大小的物体，最远达4米。
集成硅红外滤波器: 通过滤除非红外波长，确保精确探测。
静态和运动物体探测: 能够检测到静止和移动的物体。
视场角: 提供80°的视场角。
出厂校准: 出厂即校准，保证了即插即用的可靠性和准确性。
低功耗设计: 设计注重能效，确保低能耗。
嵌入式智能算法: 用于提升存在感和运动探测的效果。

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板：

接口

STHS34PF80模块接口的示意图如下所示，支持IIC或者SPI通讯。

最小系统图

新建工程

工程模板

保存工程路径

芯片配置

本文中使用R7FA4M2AD3CFL来进行演示。

工程模板选择

时钟设置

开发板上的外部高速晶振为12M.

需要修改XTAL为12M。

UART配置

点击Stacks->New Stack->Driver->Connectivity -> UART Driver on r_sci_uart。

UART属性配置

设置e2studio堆栈

printf函数通常需要设置堆栈大小。这是因为printf函数在运行时需要使用栈空间来存储临时变量和函数调用信息。如果堆栈大小不足，可能会导致程序崩溃或不可预期的行为。
printf函数使用了可变参数列表，它会在调用时使用栈来存储参数，在函数调用结束时再清除参数，这需要足够的栈空间。另外printf也会使用一些临时变量，如果栈空间不足，会导致程序崩溃。
因此，为了避免这类问题，应该根据程序的需求来合理设置堆栈大小。

e2studio的重定向printf设置

在嵌入式系统的开发中，尤其是在使用GNU编译器集合（GCC）时，–specs 参数用于指定链接时使用的系统规格（specs）文件。这些规格文件控制了编译器和链接器的行为，尤其是关于系统库和启动代码的链接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是两种常见的规格文件，它们用于不同的场景。
–specs=rdimon.specs
用途: 这个选项用于链接“Redlib”库，这是为裸机（bare-metal）和半主机（semihosting）环境设计的C库的一个变体。半主机环境是一种特殊的运行模式，允许嵌入式程序通过宿主机（如开发PC）的调试器进行输入输出操作。
应用场景: 当你需要在没有完整操作系统的环境中运行程序，但同时需要使用调试器来处理输入输出（例如打印到宿主机的终端），这个选项非常有用。
特点: 它提供了一些基本的系统调用，通过调试接口与宿主机通信。
–specs=nosys.specs
用途: 这个选项链接了一个非常基本的系统库，这个库不提供任何系统服务的实现。
应用场景: 适用于完全的裸机程序，其中程序不执行任何操作系统调用，比如不进行文件操作或者系统级输入输出。
特点: 这是一个更“裸”的环境，没有任何操作系统支持。使用这个规格文件，程序不期望有操作系统层面的任何支持。
如果你的程序需要与宿主机进行交互（如在开发期间的调试），并且通过调试器进行基本的输入输出操作，则使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全独立的，不需要任何形式的操作系统服务，包括不进行任何系统级的输入输出，则使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函数原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函数进行配置，开启和初始化UART。

 /* Open the transfer instance with initial configuration. */
    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

回调函数user_uart_callback ()

当数据发送的时候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE来判断是否发送完毕。

可以检查检查 “p_args” 结构体中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果条件为真，那么 if 语句后面的代码块将会执行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
    if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
    {
        uart_send_complete_flag = true;
    }
}

printf输出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解决的问题是将printf的输出重定向到串口，然后通过串口将数据发送出去。
注意一定要加上头文件#include <stdio.h>

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
        while(uart_send_complete_flag == false){}
        uart_send_complete_flag = false;
        return ch;
}

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
        __io_putchar(*pBuffer++);
    }
    return size;
}

IIC属性配置

查看手册，可以得知STHS34PF80的IIC地址为“1011010” ，即0x5A。

IIC配置

配置RA4M2的I2C接口，使其作为I2C master进行通信。
查看开发板原理图，对应的IIC为P407和P408。

点击Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

设置IIC的配置，需要注意从机的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函数原型

R_IIC_MASTER_Open()函数为执行IIC初始化，开启配置如下所示。

    /* Initialize the I2C module */
    err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函数原型

R_IIC_MASTER_Write()函数是向IIC设备中写入数据，写入格式如下所示。

    err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, &reg, 1, true);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函数原型

R_SCI_I2C_Read()函数是向IIC设备中读取数据，读取格式如下所示。

    /* Read data from I2C slave */
    err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

sci_i2c_master_callback()回调函数

对于数据是否发送完毕，可以查看是否获取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
uint32_t  timeout_ms = 100000;
void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{
    i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
    if (NULL != p_args)
    {
        /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
        i2c_event = p_args->event;
    }
}

CS设置

STS34PF80IO设置如下所示。
在IIC模式下CS需要给个高电平。

官方提供IIC接线如下所示。

设置PC0为输出口。

参考案例

https://github.com/STMicroelectronics/sths34pf80-pid

获取ID

参考例程序中对应的获取ID驱动程序,如下所示。

获取ID可以查看0x0F，读出来的值应该为0xD3。

对应的获取ID驱动程序,如下所示。

   /* Open the transfer instance with initial configuration. */
    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
    printf("hello world!\n");

    /* Initialize the I2C module */
    err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);


    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH);

    uint8_t whoami;
    sths34pf80_lpf_bandwidth_t lpf_m, lpf_p, lpf_p_m, lpf_a_t;

    /* Initialize mems driver interface */
    dev_ctx.write_reg = platform_write;
    dev_ctx.read_reg = platform_read;
    dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;

    /* Wait sensor boot time */
    platform_delay(BOOT_TIME);

    /* Check device ID */
    sths34pf80_device_id_get(&dev_ctx, &whoami);
    printf("STHS34PF80_ID=0x%x,whoamI=0x%x\n",STHS34PF80_ID,whoami);
    if (whoami != STHS34PF80_ID)
        while(1);

温度测量滤波方式

首先需要设置AVG_TRIM (10h) 寄存器用于配置温度平均值滤波的参数，以控制环境温度和目标温度测量的平滑度和稳定性。在温度测量中，可能会受到噪声和干扰的影响，这可能导致短期内测量值的波动。通过应用平均值滤波，可以平滑这些波动，从而得到更加稳定的温度数据。AVG_TRIM 寄存器中的设置会决定平均值滤波的级别，从而影响滤波的时间常数以及平滑度。

这里默认参数如下

1. 在AVG_TRIM（10h）寄存器中写入02h // AVG_T = 8，AVG_TMOS = 32
2. 在CTRL1（20h）寄存器中写入07h // ODR = 15 Hz
   

AVG_T[1:0]: 这个设置位用于选择环境温度的平均值滤波样本数。
AVG_TMOS[2:0]: 这个设置位用于选择目标温度的平均值滤波样本数以及与之相关的噪声水平。

对象温度的平均值数量 (sths34pf80_avg_tobject_num_set 函数): 这个函数设置用于测量对象温度的平均值数量。参数 val 可以是多种不同的值，例如 AVG_TMOS_2, AVG_TMOS_8, AVG_TMOS_32, 等等，表示不同的平均值数量。这些设置影响传感器输出的平滑程度和响应速度，高的平均值数量会增加输出数据的平滑度，但也可能增加响应时间。

环境温度的平均值数量 (sths34pf80_avg_tambient_num_set 函数): 类似地，这个函数设置环境温度测量的平均值数量。参数 val 可以是 AVG_T_8, AVG_T_4, AVG_T_2, AVG_T_1 等，用于设置不同的平均值数量。这也会影响传感器输出的平滑程度和响应速度。

在你提供的代码段中，使用了 STHS34PF80_AVG_TMOS_32 和 STHS34PF80_AVG_T_8 作为参数，分别用于设置对象温度和环境温度的平均值数量。这意味着传感器会对对象温度使用32个数据点的平均值，对环境温度使用8个数据点的平均值。这样的设置有助于在传感器的测量中实现一定程度的数据平滑和过滤噪声，同时保持适当的响应速度。

  /* Set averages (AVG_TAMB = 8, AVG_TMOS = 32) */
  sths34pf80_avg_tobject_num_set(&dev_ctx, STHS34PF80_AVG_TMOS_32);
  sths34pf80_avg_tambient_num_set(&dev_ctx, STHS34PF80_AVG_T_8);

智能识别算法

STHS34PF80嵌入了智能数字算法，以支持以下三种检测模式：
? 存在检测
? 运动检测
? 环境温度冲击检测
这些算法分别使用不同的低通滤波器（LPF_P、LPF_M和LPF_A_T）。此外，存在和运动检测算法使用另一个共同的低通滤波器（LPF_P_M）。这些滤波器用于生成中间信号（TPRESENCE、TMOTION和TAMB_SHOCK），可以用于对算法本身进行微调。这些滤波器的截止频率值可以通过它们各自的位范围进行配置，这些位范围可以在LPF1（0Ch）和LPF2（0Dh）寄存器中找到，如下所示。

寄存器LPF1 (0Ch)和LPF2 (0Dh)如下所示。

案例中只是对滤波器进行了读取以及打印。

  /* read filters */
  sths34pf80_lpf_m_bandwidth_get(&dev_ctx, &lpf_m);
  sths34pf80_lpf_p_bandwidth_get(&dev_ctx, &lpf_p);
  sths34pf80_lpf_p_m_bandwidth_get(&dev_ctx, &lpf_p_m);
  sths34pf80_lpf_a_t_bandwidth_get(&dev_ctx, &lpf_a_t);

  printf("lpf_m: %02d, lpf_p: %02d, lpf_p_m: %02d, lpf_a_t: %02d\r\n", lpf_m, lpf_p, lpf_p_m, lpf_a_t);

使用块数据更新（BDU）功能

在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。
连续更新模式（BDU = ‘0’）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个“拼凑”的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。
块数据更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被“锁定”，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。
简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。

案例也是设置了BDU。
BDU在CTRL1 (20h)寄存器中。

  /* Set BDU */
  sths34pf80_block_data_update_set(&dev_ctx, 1);

设置ODR速率

初始化完毕之后需要通过CTRL1（20h）寄存器中的ODR[3:0]位范围选择其中一种操作模式（连续模式），或者在CTRL2（21h）寄存器中将ONE_SHOT位设置为1（单次触发模式）。

当配置了寄存器LPF1 (0Ch)和LPF2 (0Dh) 的LPF_P、LPF_M和LPF_A_T、LPF_P_M滤波器之后，可以去设置ODR速率。

这里设置速率为8Hz。

  /* Set ODR */
  sths34pf80_odr_set(&dev_ctx, STHS34PF80_ODR_AT_8Hz);	

获取状态

STATUS (地址为0x23U) 用于表示传感器的状态。
drdy（1位）：这个位用于指示数据就绪（Data Ready）状态。当传感器有新的数据可供读取时，这个位会被设置。

FUNC_STATUS（25h）主要检测三个标志位：PRES_FLAG、MOT_FLAG 和 TAMB_SHOCK_FLAG，这些标志位用于检测不同类型的事件。
PRES_FLAG是存在检测标志位。当存在检测到人员存在时，此位变为1。
MOT_FLAG：运动检测标志位。当检测到运动时，此位变为1。
TAMB_SHOCK_FLAG：环境温度冲击检测标志位。当检测到环境温度冲击时，此位变为1。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  sths34pf80_drdy_status_t status;
  sths34pf80_func_status_t func_status;

  sths34pf80_drdy_status_get(&dev_ctx, &status);
  if (status.drdy)
  {
    sths34pf80_func_status_get(&dev_ctx, &func_status);

    printf("TAmbient Shock: %d - Presence: %d - Motion: %d\r\n",func_status.tamb_shock_flag, func_status.pres_flag, func_status.mot_flag);
 }		

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

测试结果

在未有人的情况下。

在人体纯在情况下。