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用Ai-M61-32su做一个跌倒告警神器！

安信可科技 · 公众号 · · 2024-07-05 18:56

正文

本作品由安信可社区用户

lazy 制作

设计初想

在不能关照老人与小孩儿的时候，可能会存在老人或小孩儿摔倒的情况。如果摔倒不及时处置可能造成比较严重的伤害。

这个小作品主要就是跌倒提醒的功能，网上也有类似的作品。这里本人使用安信可的Ai-M61-32su复刻一下。如果有跌倒状态时红灯会亮起（默认绿灯），小伙伴还可以考虑增加蜂鸣器等。

制作思路

摔倒检测算法可以通过检测加速度和角速度的变化来判断物体是否发生了摔倒。在实现MPU6050摔倒检测算法时， 首先需要读取MPU6050传感器的原始数据， 通过计算加速度和角速度的变化率来判断物体是否摔倒， 可以通过 设置一个阈值 来判断加速度和角速度是否超过了正常范围。

如果超过了阈值，则可认为物体发生了摔倒。另外，还可以使用一些机器学习算法来提高摔倒检测的准确性。通过对大量的摔倒和非摔倒状态的数据进行训练，可以建立一个模型来判断物体是否发生了摔倒。这种方法可以更好地适应不同物体和环境的情况，并提高摔倒检测的灵敏度和准确性。

一

MPU6050简介

首先对设备所使用的主要硬件进行介绍，【转载】 MPU6050简介 - 鱼芯工作室的文章 - 知乎

https://zhuanlan.zhihu.com/p/346764320

内容如下：

MPU-60X0 是全球首例9 轴运动处理传感器。它集成了3 轴MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。

扩展之后就可以通过其I2C 或SPI 接口输出一个9 轴的信号（SPI 接口仅在MPU-6000 可用）。MPU-60X0 也可以通过其I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。

MPU-60X0 对陀螺仪和加速度计分别用了三个16 位的ADC（0~65535），将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。

芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN 封装（无引线方形封装），可承受最大10000g 的冲击，并有可编程的低通滤波器。

MPU6050的内部框图如下图所示：

其中，需要了解的引脚有：SCL和 SDA是连接MCU的 IIC接口，MCU通过这个IIC 接口来控制MPU6050，另外还有一个 IIC 接口：AUX_CL和AUX_DA ，这个接口可用来连外部从设备比如磁力计，这样就可以组成一个九轴传感器。VLOGIC是IO口电压，该引脚最低可以到1.8V电压，我们一般直接连VDD即可。AD0是从IIC 接口（接 MCU）的地址控制引脚，该引脚控制的是IIC 地址的最低位。如果接 GND ，则 MPU6050的IIC地址是：0X68，如果接VDD，则是0X69。

需要注意的是：这里的地址0x68和0x69是不包含用于数据传输的最低位的，因此并不是八位数据，如0x68表示的是110 1000，0x69表示的则是110 1001，通常最低位用于表示IIC主机的读取数据/写数据模式。self test为自检，自检的作用是可用来测试传感器的机械和电气结构。也就是说通过自检来测试芯片是否损坏。自检启动后，电路会使传感器工作并且产生输出信号。

关于自检的具体说明，官方芯片手册里有详细描述。如下：

Gyroscope Self-Test
When self-test is activated, the on-board electronics will actuate the appropriate sensor. This actuation will move the sensor’s proof masses over a distance equivalent to a pre-defined Coriolis force. This proof mass displacement results in a change in the sensor output, which is reflected in the output signal. The output signal is used to observe the self-test response.
The self-test response is defined as follows:
Self-test response = Sensor output with self-test enabled – Sensor output without self-test enabledThe self-test limits for each gyroscope axis is provided in the electrical characteristics tables of the MPU-6000/MPU-6050 Product Specification document. When the value of the self-test response is within the min/max limits of the product specification, the part has passed self test. When the self-test response exceeds the min/max values specified in the document, the part is deemed to have failed self-test.
Accelerometer Self-Test
When self-test is activated, the on-board electronics will actuate the appropriate sensor. This actuation simulates an external force. The actuated sensor, in turn, will produce a corresponding output signal. The output signal is used to observe the self-test response.
The self-test response is defined as follows:
Self-test response = Sensor output with self-test enabled – Sensor output without self-test enabledThe self-test limits for each accelerometer axis is provided in the electrical characteristics tables of the MPU-6000/MPU-6050 Product Specification document. When the value of the self-test response is within the min/max limits of the product specification, the part has passed self test. When the self-test response exceeds the min/max values specified in the document, the part is deemed to have failed self-test.

二

MPU6050相关寄存器

MPU6050官方的寄存器手册上共介绍了40个寄存器的内容和功能，在此只选取一些常用的和重要的寄存器作为了解。

1.采样分频寄存器 Sample Rate Divider

说明：该寄存器指定陀螺仪输出速率的分频器，用于为MPU-60X0生成采样速率。
传感器寄存器输出，FIFO输出，DMP采样，运动检测，静止检测和自由落体检测都基于这个采样频率。
采样频率=陀螺仪输出频率/（1+SMPLRT_DIV）
当 DLPF（数字低通滤波器，见寄存器Configuration）禁用时（DLPF_CFG=0 or 7），陀螺输出频率=8kHz；当 DLPF 使能，陀螺仪输出频率=1KHz。注意：加速度计输出频率为 1KHz。这意味着，当采样频率大于1KHZ时，同个加速度计采样得到的数据，可能不止一次输出到FIFO、DMP、传感器寄存器。

2.配置寄存器 Configuration

说明：该寄存器为陀螺仪和加速度计配置外部帧同步(FSYNC) 管脚的采样和数字低通滤波(DLPF)设置。
其中，数字低通滤波器DLPF由DLPF_CFG配置。根据下表所示的DLPF_CFG值对加速度计和陀螺仪进行滤波。

其中，FS为陀螺仪输出频率。SMPLRT_DIV由预设定的采样频率根据上述的公式计算得出。一般情况下，DPLF滤波频率为采样频率的一半，如设定采样频率为50Hz，由表可知当FS为1kHz，SMPLRT_DIV的值为1000/50-1=19。

3.陀螺仪配置寄存器 Gyroscope Configuration

说明：该寄存器是用来触发陀螺仪自检和配置陀螺仪的满量程范围。
其中，XG_ST、YG_ST、ZG_ST分别用来设置陀螺仪X轴、Y轴、Z轴自检，置0则不触发自检。FS_SEL[1:0]用于设置陀螺仪的满量程，如下表：

我们一般设置为3，即满量程为±2000°/s，由于采用16位ADC即0-65536，则灵敏度G=65536/4000=16.4LSB/（°/s），LSB表示最低有效位，即1°/s对应的数字量为16.4。最终即可将陀螺仪输出的数字量数据转化为角速度。

4.加速度计配置寄存器 Accelerometer Configuration

说明：该寄存器是用来触发加速度计自检和配置加速度计的满量程范围。同时这个寄存器也可以用于配置数字高通滤波器（DHPF）。
其中，XA_ST、YA_ST、ZA_ST分别用来设置加速度计X轴、Y轴、Z轴自检，置0则不触发自检。AFS_SEL[1:0]用于选择加速度计的满量程范围，如下表：

我们一般设置为0，即满量程为±2g，由于采用16位ADC即0-65536，则灵敏度G=65536/4=16384LSB/（g），LSB表示最低有效位，即1g对应的数字量为16384。最终即可将加速度计输出的数字量数据转化为加速度。

5.加速度计测量值寄存器 Accelerometer

Measurements

说明：该寄存器存储最近加速度计的测量值。加速度计根据采样频率（由采样分频寄存器寄存器设定）写入到这些寄存器。即采样频率为50Hz，写入数据的时间间隔为0.02s。加速度计测量值寄存器和温度测量值寄存器，陀螺仪测量值寄存器，外部传感器数据寄存器都是由两组寄存器构成：一个内部寄存器集和一个用于用户读取的寄存器集。

加速度计传感器的内部寄存器集合里的数据根据采样频率更新。以此同时，每当串行接口处于闲置状态，面向用户的读取寄存器集合会复制内部寄存器集合的数据值。这保证了突发读取时传感器寄存器可以读到相同的采样时刻的测量值。需要注意的是，如果没有突发读取，则用户负责通过检查数据就绪中断（Data Ready interrupt）来确保瞬时的一组单字节读取对应于单字节的采样数据。

参数：
ACCEL_XOUT ：
由 2部分组成的 16位数值存储最近X 轴加速度计的测量值。
ACCEL_YOUT ：
由 2部分组成的 16位数值存储最近Y 轴加速度计的测量值。

ACCEL_ZOUT ：由 2部分组成的 16位数值存储最近Z 轴加速度计的测量值。

6.陀螺仪测量值寄存器 Gyroscope Measurements

说明：该寄存器存储最近加陀螺仪的测量值。大致构成与加速度计测量值寄存器相同，此处便不做叙述。参数分别为：GYRO_XOUT 、GYRO_YOUT 、GYRO_ZOUT 。

7.电源管理寄存器1 Power Management 1

说明：该寄存器允许用户配置电源模式和时钟源，还提供了复位整个设备和禁用温度传感器的位。当置SLEEP位为1时，MPU-60X0 可以进入低功耗睡眠模式。当SLEEP位禁用且 CYCLE位置 1时，MPU-60X0进入循环模式（CycleMode）。在循环模式下，设备在休眠模式和唤醒之间循环，以LP_WAKE_CTRL（由电源管理2寄存器配置）确定的速率从active sensors（此处不知如何翻译）获取单个数据样本。
该寄存器的最低三位用于设置系统的时钟源选择，默认值是0（内部8M RC振荡），不过一般设置为1，选择x轴陀螺PLL作为时钟源，以获得更高精度的时钟。同时，使能角速度传感器和加速度传感器，这两个操作通过电源管理寄存器2配置，设置对应位为0即可开启。
附英文手册原文片段：Upon power up, the MPU-60X0 clock source defaults to
the internal oscillator. However, it is highly recommended that the device be configured to use one of the gyroscopes (or an ext ernal clock source) as the clock reference for improved stability.

其他参数：
DEVICE_RESET
该位置 1，重启内部寄存器到默认值。复位完成后该位自动清0。
TEMP_DIS该位置 1，禁用温度传感器。

8.电源管理寄存器2 Power Management 2

说明：该寄存器允许用户在加速度计低功耗模式下配置唤醒频率。也允许用户让加速度计和陀螺仪的个别轴进入待机模式。
只让MPU-60X0的加速度计进入低功耗模式的步骤如下：
1.置 CYCLE位为 1
2.置 SLEEP位为 1
3.置 TEMP_DIS位为 1
4.置 STBY_XG,STBY_YG,STBY_ZG位为 1
在这种模式下，设备会关闭除了主 I2C接口外其他所有设备，加速度计只在固定的间隔唤醒并测量一次。唤醒的频率可以通过配置 LP_WAKE_CTRL实现如下：

参数：
LP_WAKE_CTRL ：
2位无符号数值。指定加速度计在低功耗模式下的唤醒频率。
STBY_XA ：
该位置 1，加速度计的 X轴进入待机模式。
STBY_YA ：
该位置 1，加速度计的 Y轴进入待机模式。
STBY_ZA ：
该位置 1，加速度计的 Z轴进入待机模式。
STBY_XG ：
该位置 1，陀螺仪的 X轴进入待机模式。
STBY_YG ：
该位置 1，陀螺仪的 Y轴进入待机模式。
STBY_ZG ：该位置 1，陀螺仪的 Z轴进入待机模式。

对于MPU 6050 进行了简单的介绍，也对这个模块有了一些了解。

mpu6050.h


#ifndef __MPU6050_H#define




    
 __MPU6050_H
#include #include #include #include #include #include #include         //Added for uint_t#include #include "bflb_mtimer.h"

#define MPU6050_ADDRESS_AD0_LOW     0x68 // address pin low (GND), default for InvenSense evaluation board#define MPU6050_ADDRESS_AD0_HIGH    0x69 // address pin high (VCC)#define MPU6050_DEFAULT_ADDRESS     MPU6050_ADDRESS_AD0_LOW
#define MPU6050_RA_XG_OFFS_TC       0x00 //[7] PWR_MODE, [6:1] XG_OFFS_TC, [0] OTP_BNK_VLD#define MPU6050_RA_YG_OFFS_TC       0x01 //[7] PWR_MODE, [6:1] YG_OFFS_TC, [0] OTP_BNK_VLD#define MPU6050_RA_ZG_OFFS_TC       0x02 //[7] PWR_MODE, [6:1] ZG_OFFS_TC, [0] OTP_BNK_VLD#define MPU6050_RA_X_FINE_GAIN      0x03 //[7:0] X_FINE_GAIN#define MPU6050_RA_Y_FINE_GAIN      0x04 //[7:0] Y_FINE_GAIN#define MPU6050_RA_Z_FINE_GAIN      0x05 //[7:0] Z_FINE_GAIN#define MPU6050_RA_XA_OFFS_H        0x06 //[15:0] XA_OFFS#define MPU6050_RA_XA_OFFS_L_TC     0x07#define MPU6050_RA_YA_OFFS_H        0x08 //[15:0] YA_OFFS#define MPU6050_RA_YA_OFFS_L_TC     0x09#define MPU6050_RA_ZA_OFFS_H        0x0A //[15:0] ZA_OFFS#define MPU6050_RA_ZA_OFFS_L_TC     0x0B#define MPU6050_RA_XG_OFFS_USRH     0x13 //[15:0] XG_OFFS_USR#define MPU6050_RA_XG_OFFS_USRL     0x14#define MPU6050_RA_YG_OFFS_USRH     0x15 //[15:0] YG_OFFS_USR#define MPU6050_RA_YG_OFFS_USRL     0x16#define MPU6050_RA_ZG_OFFS_USRH     0x17 //[15:0] ZG_OFFS_USR#define MPU6050_RA_ZG_OFFS_USRL     0x18#define MPU6050_RA_SMPLRT_DIV       0x19#define MPU6050_RA_CONFIG           0x1A#define MPU6050_RA_GYRO_CONFIG      0x1B#define MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG     0x1C#define MPU6050_RA_FF_THR           0x1D#define MPU6050_RA_FF_DUR           0x1E#define MPU6050_RA_MOT_THR          0x1F#define MPU6050_RA_MOT_DUR          0x20#define MPU6050_RA_ZRMOT_THR        0x21#define MPU6050_RA_ZRMOT_DUR        0x22#define MPU6050_RA_FIFO_EN          0x23#define MPU6050_RA_I2C_MST_CTRL     0x24#define MPU6050_RA_I2C_SLV0_ADDR    0x25#define MPU6050_RA_I2C_SLV0_REG     0x26#define MPU6050_RA_I2C_SLV0_CTRL    0x27#define MPU6050_RA_I2C_SLV1_ADDR    0x28#define MPU6050_RA_I2C_SLV1_REG     0x29#define MPU6050_RA_I2C_SLV1_CTRL    0x2A#define MPU6050_RA_I2C_SLV2_ADDR    0x2B#define MPU6050_RA_I2C_SLV2_REG     0x2C#define MPU6050_RA_I2C_SLV2_CTRL    0x2D#define MPU6050_RA_I2C_SLV3_ADDR    0x2E#define MPU6050_RA_I2C_SLV3_REG     0x2F#define MPU6050_RA_I2C_SLV3_CTRL    0x30#define MPU6050_RA_I2C_SLV4_ADDR    0x31#define MPU6050_RA_I2C_SLV4_REG     0x32#define MPU6050_RA_I2C_SLV4_DO      0x33#define MPU6050_RA_I2C_SLV4_CTRL    0x34#define MPU6050_RA_I2C_SLV4_DI      0x35#define MPU6050_RA_I2C_MST_STATUS   0x36#define MPU6050_RA_INT_PIN_CFG      0x37#define MPU6050_RA_INT_ENABLE       0x38#define MPU6050_RA_DMP_INT_STATUS   0x39#define MPU6050_RA_INT_STATUS       0x3A#define MPU6050_RA_ACCEL_XOUT_H     0x3B#define MPU6050_RA_ACCEL_XOUT_L     0x3C#define MPU6050_RA_ACCEL_YOUT_H     0x3D#define MPU6050_RA_ACCEL_YOUT_L     0x3E#define MPU6050_RA_ACCEL_ZOUT_H     0x3F#define MPU6050_RA_ACCEL_ZOUT_L     0x40#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_H       0x41#define MPU6050_RA_TEMP_OUT_L       0x42#define MPU6050_RA_GYRO_XOUT_H      0x43#define MPU6050_RA_GYRO_XOUT_L      0x44#define MPU6050_RA_GYRO_YOUT_H      0x45#define MPU6050_RA_GYRO_YOUT_L      0x46#define MPU6050_RA_GYRO_ZOUT_H      0x47#define MPU6050_RA_GYRO_ZOUT_L      0x48#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_00 0x49#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_01 0x4A#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_02 0x4B#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_03 0x4C#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_04 0x4D#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_05 0x4E#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_06 0x4F#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_07 0x50#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_08 0x51#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_09 0x52#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_10 0x53#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_11 0x54#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_12 0x55#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_13 0x56#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_14 0x57#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_15 0x58#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_16 0x59#define




    
 MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_17 0x5A#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_18 0x5B#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_19 0x5C#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_20 0x5D#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_21 0x5E#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_22 0x5F#define MPU6050_RA_EXT_SENS_DATA_23 0x60#define MPU6050_RA_MOT_DETECT_STATUS    0x61#define MPU6050_RA_I2C_SLV0_DO      0x63#define MPU6050_RA_I2C_SLV1_DO      0x64#define MPU6050_RA_I2C_SLV2_DO      0x65#define MPU6050_RA_I2C_SLV3_DO      0x66#define MPU6050_RA_I2C_MST_DELAY_CTRL   0x67#define MPU6050_RA_SIGNAL_PATH_RESET    0x68#define MPU6050_RA_MOT_DETECT_CTRL      0x69#define MPU6050_RA_USER_CTRL        0x6A#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_1       0x6B#define MPU6050_RA_PWR_MGMT_2       0x6C#define MPU6050_RA_BANK_SEL         0x6D#define MPU6050_RA_MEM_START_ADDR   0x6E#define MPU6050_RA_MEM_R_W          0x6F#define MPU6050_RA_DMP_CFG_1        0x70#define MPU6050_RA_DMP_CFG_2        0x71#define MPU6050_RA_FIFO_COUNTH      0x72#define MPU6050_RA_FIFO_COUNTL      0x73#define MPU6050_RA_FIFO_R_W         0x74#define MPU6050_RA_WHO_AM_I         0x75
#define MPU6050_TC_PWR_MODE_BIT     7#define MPU6050_TC_OFFSET_BIT       6#define MPU6050_TC_OFFSET_LENGTH    6#define MPU6050_TC_OTP_BNK_VLD_BIT  0
#define MPU6050_VDDIO_LEVEL_VLOGIC  0#define MPU6050_VDDIO_LEVEL_VDD     1
#define MPU6050_CFG_EXT_SYNC_SET_BIT    5#define MPU6050_CFG_EXT_SYNC_SET_LENGTH 3#define MPU6050_CFG_DLPF_CFG_BIT    2#define MPU6050_CFG_DLPF_CFG_LENGTH 3
#define MPU6050_EXT_SYNC_DISABLED       0x0#define MPU6050_EXT_SYNC_TEMP_OUT_L     0x1#define MPU6050_EXT_SYNC_GYRO_XOUT_L    0x2#define MPU6050_EXT_SYNC_GYRO_YOUT_L    0x3#define MPU6050_EXT_SYNC_GYRO_ZOUT_L    0x4#define MPU6050_EXT_SYNC_ACCEL_XOUT_L   0x5#define MPU6050_EXT_SYNC_ACCEL_YOUT_L   0x6#define MPU6050_EXT_SYNC_ACCEL_ZOUT_L   0x7
#define MPU6050_DLPF_BW_256         0x00#define MPU6050_DLPF_BW_188         0x01#define MPU6050_DLPF_BW_98          0x02#define MPU6050_DLPF_BW_42          0x03#define MPU6050_DLPF_BW_20          0x04#define MPU6050_DLPF_BW_10          0x05#define MPU6050_DLPF_BW_5           0x06
#define MPU6050_GCONFIG_FS_SEL_BIT      4#define MPU6050_GCONFIG_FS_SEL_LENGTH   2
#define MPU6050_GYRO_FS_250         0x00#define MPU6050_GYRO_FS_500         0x01#define MPU6050_GYRO_FS_1000        0x02#define MPU6050_GYRO_FS_2000        0x03
#define MPU6050_ACONFIG_XA_ST_BIT           7#define MPU6050_ACONFIG_YA_ST_BIT           6#define MPU6050_ACONFIG_ZA_ST_BIT           5#define MPU6050_ACONFIG_AFS_SEL_BIT         4#define MPU6050_ACONFIG_AFS_SEL_LENGTH      2#define MPU6050_ACONFIG_ACCEL_HPF_BIT       2#define MPU6050_ACONFIG_ACCEL_HPF_LENGTH    3
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// TODO: figure out what these actually do// UMPL source code is not very obivous#define MPU6050_DMPINT_5_BIT            5#define MPU6050_DMPINT_4_BIT            4#define MPU6050_DMPINT_3_BIT            3#define MPU6050_DMPINT_2_BIT            2#define MPU6050_DMPINT_1_BIT            1#define MPU6050_DMPINT_0_BIT            0
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