嵌入式分享合集119

一、传感器的数据处理算法

在传感器使用中，我们常常需要对传感器数据进行各种整理，让应用获得更好的效果，以下介绍几种常用的简单处理方法：

加权平滑：平滑和均衡传感器数据，减小偶然数据突变的影响。
抽取突变：去除静态和缓慢变化的数据背景，强调瞬间变化。
简单移动平均线：保留数据流最近的K个数据，取平均值。

下面，具体介绍一下这3种处理方法。

加权平滑

使用算法如下：

(新值) = (旧值)*(1 - a) + X * a其中a为设置的权值，X为最新数据，程序实现如下：

float ALPHA = 0.1f;public void onSensorChanged(SensorEvent event){x = event.values[0];y = event.values[1];z = event.values[2];mLowPassX = lowPass(x,mLowPassX);mLowPassY = lowPass(x,mLowPassY);mLowPassZ = lowPass(x,mLowPassZ);}private float lowPass(float current,float last){return last * (1.0f - ALPHA) + current * ALPHA;}

抽取突变

此算法采用上面加权平滑的逆算法，实现代码如下：

public void onSensorChanged(SensorEvent event){final float ALPHA = 0.8;gravity[0] = ALPHA * gravity[0] + (1-ALPHA) * event.values[0];gravity[1] = ALPHA * gravity[1] + (1-ALPHA) * event.values[1];gravity[2] = ALPHA * gravity[2] + (1-ALPHA) * event.values[2];filteredValues[0] = event.values[0] - gravity[0];filteredValues[1] = event.values[1] - gravity[1];filteredValues[2] = event.values[2] - gravity[2];}

简单移动平均线

这个算法，保留传感器数据流中最近的K个数据，返回它们的平均值。k表示平均“窗口”的大小，实现代码如下：

public class MovingAverage{private float circularBuffer[]; //保存传感器最近的K个数据private float avg; //返回到传感器平均值private float sum; //数值中传感器数据的和private float circularIndex; //传感器数据数组节点位置private int count;public MovingAverage(int k){circularBuffer = new float[k];count= 0;circularIndex = 0;avg = 0;sum = 0;}public float getValue(){return arg;}public long getCount(){return count;}private void primeBuffer(float val){for(int i=0;i<circularbuffer.length;++i){ circularBuffer[i] = val;sum += val;}}private int nextIndex(int curIndex){if(curIndex + 1 >= circularBuffer.length){return 0;}return curIndex + 1;}public void pushValue(float x){if(0 == count++){primeBuffer(x);}float lastValue = circularBuffer[circularIndex];circularBuffer[circularIndex] = x; //更新窗口中传感器数据sum -= lastValue; //更新窗口中传感器数据和sum += x;avg = sum / circularBuffer.length; //计算得传感器平均值circularIndex = nextIndex(circularIndex);}}

二、STM32的启动模式配置与应用

三种BOOT模式

所谓启动，一般来说就是指我们下好程序后，重启芯片时，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存。用户可以通过设置BOOT1和BOOT0引脚的状态，来选择在复位后的启动模式

Main Flash memory
是STM32内置的Flash，一般我们使用JTAG或者SWD模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。
System memory
从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。一般来说，这种启动方式用的比较少。系统存储器是芯片内部一块特定的区域，STM32在出厂时，由ST在这个区域内部预置了一段BootLoader，也就是我们常说的ISP程序，这是一块ROM，
出厂后无法修改。一般来说，我们选用这种启动模式时，是为了从串口下载程序，因为在厂家提供的BootLoader中，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个BootLoader将程序下载到系统的Flash中。但是这个下载方式需要以下步骤：
Step1:将BOOT0设置为1，BOOT1设置为0，然后按下复位键，这样才能从系统存储器启动BootLoader
Step2:最后在BootLoader的帮助下，通过串口下载程序到Flash中
Step3:程序下载完成后，又有需要将BOOT0设置为GND，手动复位，这样，STM32才可以从Flash中启动可以看到，利用串口下载程序还是比较的麻烦，需要跳帽跳来跳去的，非常的不注重用户体验。
Embedded Memory
内置SRAM，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。假如我只修改了代码中一个小小的地方，然后就需要重新擦除整个Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，在将程序下载到SRAM中。

开发BOOT模式选择

通常使用程序代码存储在主闪存存储器，配置方式：

BOOT0=0，BOOT1=X

Flash锁死解决办法

开发调试过程中，由于某种原因导致内部Flash锁死，无法连接SWD以及Jtag调试，无法读到设备，可以通过修改BOOT模式重新刷写代码。

修改为BOOT0=1，BOOT1=0即可从系统存储器启动，ST出厂时自带Bootloader程序，SWD以及JTAG调试接口都是专用的。重新烧写程序后，可将BOOT模式重新更换到BOOT0=0，BOOT1=X即可正常使用。

三、两种USB接口电路图解析

1 USB接口电路的原理图中，R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的VB端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5 V的速度。经过实验测试选择R3的阻值为27 Ω±lO%。R1、R2为USB数据线保护电阻器。L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。LF33CV为3.3 V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM或温度传感器等器件提供额外的电源。

2 采用PDIUSBD12芯片，这是一种价格便宜、功能完善的并行接口芯片，它支持多路复用、非多路复用和 DMA并行传输。PDIUSBD12接口芯片遵从协议USB1.1，适合于不同用途的传输类型。PDIUSBD12需要外接微控制器(MCU)来进行协议处理和数据交换，它对MCU没有特殊要求，而且接口方便灵活，因此设计师可以选用自己熟悉的MCU对芯片进行控制，也可利用Philips公司的固件 (firmware)结构来缩短开发时间、降低风险、减小投资。

PDIUSBD12除了具有USB设备的一般特性外，还具有如下特点：

(1)是一种高性能的USB接口芯片，其内部集成有 SIE(Serial Interface Engine)、320字节的FIFO、收发器和电压调节器。

(2)适用于大部分设备类规范。可与任何外部微控制器/微处理器实现高速并行接口，其速度可高达2Mbit/s。

(3)可进行完全独立的DMA操作。

(4)主端点配置有双缓冲，因而可提高数据的吞吐量、减小数据传输时间，轻松实现数据的实时传输。

(5)当采用同步传输方式时，数据的传输速度为1Mbit/s;而采用批量传输方式的速度为1Mbyte/s。在使用上述方式进行数据传输时，可方便地使用多种中断方式。

(6)带有可编程的时钟输出，与USB总线的连接可通过软件来控制(Soft Connect TM)。

(7)有两种工作电压可供选择：分别为3.3±0.3V和3.6～5.5V。

(8)输出和数据传输状态可通过USB连接指示灯来监控。

四、三种LED驱动电源电路

1 开关恒流源

采用变压器将高压变为低压，并进行整流滤波，以便输出稳定的低压直流电。开关恒流源又分隔离式电源和非隔离式电源，隔离是指输出高低电压隔离，安全性非常高，所以对外壳绝缘性要求不高。非隔离安全性稍差，但成本也相对低，传统节能灯就是采用非隔离电源，采用绝缘塑料外壳防护。RGB电源的安全性相对较高（一般是输出低压），性能稳定，缺点是电路复杂、价格较高。开关电源技术成熟，性能稳定，是目前LED照明的主流电源。

上图，开关恒流隔离式日光灯管电源。

上图，开关恒流隔离电源原理图。

上图，开关恒流源电源。

上图，开关恒流非隔离电源原理图。

2 线性IC电源

采用一个IC或多个IC来分配电压，电子元器件种类少，功率因数、电源效率非常高，不需要电解电容，寿命长，成本低。缺点是输出高压非隔离，有频闪，要求外壳做好防触电隔离保护。市面上宣称无（去）电解电容，超长寿命的，均是采用线性IC电源。RGB电源IC驱电源具有高可靠性，高效率低成本优势，是未来理想的LED驱动电源。

上图，线性IC电源。

上图，线性IC电源原理图。

3 阻容降压电源

采用一个电容通过其充放电来提供驱动电流，电路简单，成本低，但性能差，稳定性差，在电网电压波动时及容易烧坏LED，同时输出高压非隔离，要求绝缘防护外壳。功率因数低，寿命短，一般只适于经济型小功率产品（5W以内）。RGB电源功率高的产品，输出电流大，电容不能提供大电流，否则容易烧坏，另外国家对高功率灯具的功率因数有要求，即7W以上的功率因数要求大于0.7，但是阻容降压电源远远达不到（一般在0.2-0.3之间），所以高功率产品不宜采用阻容降压电源。市场上，要求不高的低端型的产品，几乎全部是采用阻容降压电源，另外，一些高功率的便宜的低端产品，也是采用阻容降压电源。