概述

STHS34PF80是一款高性能的紅外(IR)傳感器，特別適用于檢測存在感和運動。其主要特點是高靈敏度，能在沒有透鏡的情況下探測到4米遠的物體（尺寸為70 x 25厘米），并配有集成的硅紅外濾波器。這款傳感器能夠區(qū)分靜止和移動物體，并具有80°的視場角。它出廠時已校準，且設計為低功耗，包含用于提高探測效果的智能算法。 其應用范圍廣泛，不僅包括存在感和接近感應、報警/安全系統(tǒng)、智能家居、智能照明、物聯(lián)網(wǎng)、智能儲物柜和智能墻板，還特別適用于檢測人體的存在。由于其高靈敏度和精確度，它能夠有效地用于人體檢測，如在安保系統(tǒng)中探測潛在的入侵者，或在智能家居系統(tǒng)中監(jiān)測房間內(nèi)的人員動態(tài)。 最近在弄ST的課程，需要樣片的可以加群申請：615061293 。

視頻教學

[https://www.bilibili.com/video/BV1KN4y1v7gy/

樣品申請

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

完整代碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/88711602]

主要特點

高靈敏度探測: 專為探測紅外線的存在和運動設計，具有高靈敏度。 探測范圍: 能夠在沒有透鏡的情況下，探測到70 x 25厘米大小的物體，最遠達4米。 集成硅紅外濾波器: 通過濾除非紅外波長，確保精確探測。 靜態(tài)和運動物體探測: 能夠檢測到靜止和移動的物體。 視場角: 提供80°的視場角。 出廠校準: 出廠即校準，保證了即插即用的可靠性和準確性。 低功耗設計: 設計注重能效，確保低能耗。 嵌入式智能算法: 用于提升存在感和運動探測的效果。

硬件準備

首先需要準備一個開發(fā)板，這里我準備的是自己繪制的開發(fā)板：

接口

STHS34PF80模塊接口的示意圖如下所示，支持IIC或者SPI通訊。

最小系統(tǒng)圖

新建工程

工程模板

保存工程路徑

芯片配置

本文中使用R7FA4M2AD3CFL來進行演示。

工程模板選擇

時鐘設置

開發(fā)板上的外部高速晶振為12M.

需要修改XTAL為12M。

UART配置

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

UART屬性配置

設置e2studio堆棧

printf函數(shù)通常需要設置堆棧大小。這是因為printf函數(shù)在運行時需要使用?？臻g來存儲臨時變量和函數(shù)調(diào)用信息。如果堆棧大小不足，可能會導致程序崩潰或不可預期的行為。

printf函數(shù)使用了可變參數(shù)列表，它會在調(diào)用時使用棧來存儲參數(shù)，在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時再清除參數(shù)，這需要足夠的?？臻g。另外printf也會使用一些臨時變量，如果棧空間不足，會導致程序崩潰。 因此，為了避免這類問題，應該根據(jù)程序的需求來合理設置堆棧大小。

e2studio的重定向printf設置

在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，尤其是在使用GNU編譯器集合（GCC）時，--specs 參數(shù)用于指定鏈接時使用的系統(tǒng)規(guī)格（specs）文件。這些規(guī)格文件控制了編譯器和鏈接器的行為，尤其是關于系統(tǒng)庫和啟動代碼的鏈接。--specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是兩種常見的規(guī)格文件，它們用于不同的場景。

--specs=rdimon.specs

用途: 這個選項用于鏈接“Redlib”庫，這是為裸機（bare-metal）和半主機（semihosting）環(huán)境設計的C庫的一個變體。半主機環(huán)境是一種特殊的運行模式，允許嵌入式程序通過宿主機（如開發(fā)PC）的調(diào)試器進行輸入輸出操作。

應用場景: 當你需要在沒有完整操作系統(tǒng)的環(huán)境中運行程序，但同時需要使用調(diào)試器來處理輸入輸出（例如打印到宿主機的終端），這個選項非常有用。

特點: 它提供了一些基本的系統(tǒng)調(diào)用，通過調(diào)試接口與宿主機通信。

--specs=nosys.specs

用途: 這個選項鏈接了一個非?；镜南到y(tǒng)庫，這個庫不提供任何系統(tǒng)服務的實現(xiàn)。

應用場景: 適用于完全的裸機程序，其中程序不執(zhí)行任何操作系統(tǒng)調(diào)用，比如不進行文件操作或者系統(tǒng)級輸入輸出。

特點: 這是一個更“裸”的環(huán)境，沒有任何操作系統(tǒng)支持。使用這個規(guī)格文件，程序不期望有操作系統(tǒng)層面的任何支持。 如果你的程序需要與宿主機進行交互（如在開發(fā)期間的調(diào)試），并且通過調(diào)試器進行基本的輸入輸出操作，則使用 --specs=rdimon.specs。

如果你的程序是完全獨立的，不需要任何形式的操作系統(tǒng)服務，包括不進行任何系統(tǒng)級的輸入輸出，則使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函數(shù)原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函數(shù)進行配置，開啟和初始化UART。

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

回調(diào)函數(shù)user_uart_callback ()

當數(shù)據(jù)發(fā)送的時候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE來判斷是否發(fā)送完畢。

可以檢查檢查 "p_args" 結(jié)構(gòu)體中的 "event" 字段的值是否等于 "UART_EVENT_TX_COMPLETE"。如果條件為真，那么 if 語句后面的代碼塊將會執(zhí)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輸出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解決的問題是將printf的輸出重定向到串口，然后通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。 注意一定要加上頭文件#include

#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屬性配置

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

IIC配置

配置RA4M2的I2C接口，使其作為I2C master進行通信。 查看開發(fā)板原理圖，對應的IIC為P407和P408。

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

設置IIC的配置，需要注意從機的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函數(shù)原型

R_IIC_MASTER_Open()函數(shù)為執(zhí)行IIC初始化，開啟配置如下所示。

/* 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()函數(shù)原型

R_IIC_MASTER_Write()函數(shù)是向IIC設備中寫入數(shù)據(jù)，寫入格式如下所示。

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

R_IIC_MASTER_Read()函數(shù)原型

R_SCI_I2C_Read()函數(shù)是向IIC設備中讀取數(shù)據(jù)，讀取格式如下所示。

/* 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()回調(diào)函數(shù)

對于數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，可以查看是否獲取到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設置

STS34PF80IO設置如下所示。 在IIC模式下CS需要給個高電平。

官方提供IIC接線如下所示。

設置PC0為輸出口。

參考案例

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

獲取ID

參考例程序中對應的獲取ID驅(qū)動程序,如下所示。

獲取ID可以查看0x0F，讀出來的值應該為0xD3。

對應的獲取ID驅(qū)動程序,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%xn",STHS34PF80_ID,whoami);
    if (whoami != STHS34PF80_ID)
        while(1);

溫度測量濾波方式

首先需要設置AVG_TRIM (10h) 寄存器用于配置溫度平均值濾波的參數(shù)，以控制環(huán)境溫度和目標溫度測量的平滑度和穩(wěn)定性。在溫度測量中，可能會受到噪聲和干擾的影響，這可能導致短期內(nèi)測量值的波動。通過應用平均值濾波，可以平滑這些波動，從而得到更加穩(wěn)定的溫度數(shù)據(jù)。AVG_TRIM 寄存器中的設置會決定平均值濾波的級別，從而影響濾波的時間常數(shù)以及平滑度。

這里默認參數(shù)如下

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

AVG_T[1:0]: 這個設置位用于選擇環(huán)境溫度的平均值濾波樣本數(shù)。 AVG_TMOS[2:0]: 這個設置位用于選擇目標溫度的平均值濾波樣本數(shù)以及與之相關的噪聲水平。

對象溫度的平均值數(shù)量 (sths34pf80_avg_tobject_num_set 函數(shù)): 這個函數(shù)設置用于測量對象溫度的平均值數(shù)量。參數(shù) val 可以是多種不同的值，例如 AVG_TMOS_2, AVG_TMOS_8, AVG_TMOS_32, 等等，表示不同的平均值數(shù)量。這些設置影響傳感器輸出的平滑程度和響應速度，高的平均值數(shù)量會增加輸出數(shù)據(jù)的平滑度，但也可能增加響應時間。

環(huán)境溫度的平均值數(shù)量 (sths34pf80_avg_tambient_num_set 函數(shù)): 類似地，這個函數(shù)設置環(huán)境溫度測量的平均值數(shù)量。參數(shù) val 可以是 AVG_T_8, AVG_T_4, AVG_T_2, AVG_T_1 等，用于設置不同的平均值數(shù)量。這也會影響傳感器輸出的平滑程度和響應速度。

在你提供的代碼段中，使用了 STHS34PF80_AVG_TMOS_32 和 STHS34PF80_AVG_T_8 作為參數(shù)，分別用于設置對象溫度和環(huán)境溫度的平均值數(shù)量。這意味著傳感器會對對象溫度使用32個數(shù)據(jù)點的平均值，對環(huán)境溫度使用8個數(shù)據(jù)點的平均值。這樣的設置有助于在傳感器的測量中實現(xiàn)一定程度的數(shù)據(jù)平滑和過濾噪聲，同時保持適當?shù)捻憫俣取?/p>

/* 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);

智能識別算法

STHS34PF80嵌入了智能數(shù)字算法，以支持以下三種檢測模式： ? 存在檢測 ? 運動檢測 ? 環(huán)境溫度沖擊檢測 這些算法分別使用不同的低通濾波器（LPF_P、LPF_M和LPF_A_T）。此外，存在和運動檢測算法使用另一個共同的低通濾波器（LPF_P_M）。這些濾波器用于生成中間信號（TPRESENCE、TMOTION和TAMB_SHOCK），可以用于對算法本身進行微調(diào)。這些濾波器的截止頻率值可以通過它們各自的位范圍進行配置，這些位范圍可以在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。

案例中只是對濾波器進行了讀取以及打印。

/* 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: %02drn", lpf_m, lpf_p, lpf_p_m, lpf_a_t);

使用塊數(shù)據(jù)更新（BDU）功能

在很多傳感器中，數(shù)據(jù)通常被存儲在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個完整的數(shù)據(jù)值。例如，在一個加速度計中，MSB和LSB可能共同表示一個加速度的測量值。

連續(xù)更新模式（BDU = '0'）：在默認模式下，輸出寄存器的值會持續(xù)不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時候，寄存器中的數(shù)據(jù)可能會因為新的測量數(shù)據(jù)而更新。這可能導致一個問題：當你讀取MSB時，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測量值的一部分，而不是與MSB相對應的值。這樣，你得到的就是一個“拼湊”的數(shù)據(jù)，它可能無法準確代表任何實際的測量時刻。

塊數(shù)據(jù)更新（BDU）模式（BDU = '1'）：當激活BDU功能時，輸出寄存器中的內(nèi)容不會在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數(shù)據(jù)（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數(shù)據(jù)就被“鎖定”，直到兩部分都被讀取完畢。這樣可以確保你讀取的MSB和LSB是同一測量時刻的數(shù)據(jù)，避免了讀取到代表不同采樣時刻的數(shù)據(jù)。

簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數(shù)據(jù)時，輸出寄存器的內(nèi)容保持穩(wěn)定，從而避免讀取到拼湊或錯誤的數(shù)據(jù)。這對于需要高精度和穩(wěn)定性的應用尤為重要。

案例也是設置了BDU。 BDU在CTRL1 (20h)寄存器中。

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

設置ODR速率

初始化完畢之后需要通過CTRL1（20h）寄存器中的ODR[3:0]位范圍選擇其中一種操作模式（連續(xù)模式），或者在CTRL2（21h）寄存器中將ONE_SHOT位設置為1（單次觸發(fā)模式）。

當配置了寄存器LPF1 (0Ch)和LPF2 (0Dh) 的LPF_P、LPF_M和LPF_A_T、LPF_P_M濾波器之后，可以去設置ODR速率。

這里設置速率為8Hz。

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

獲取狀態(tài)

STATUS (地址為0x23U) 用于表示傳感器的狀態(tài)。 drdy（1位）：這個位用于指示數(shù)據(jù)就緒（Data Ready）狀態(tài)。當傳感器有新的數(shù)據(jù)可供讀取時，這個位會被設置。

FUNC_STATUS（25h）主要檢測三個標志位：PRES_FLAG、MOT_FLAG 和 TAMB_SHOCK_FLAG，這些標志位用于檢測不同類型的事件。 PRES_FLAG是存在檢測標志位。當存在檢測到人員存在時，此位變?yōu)?。 MOT_FLAG：運動檢測標志位。當檢測到運動時，此位變?yōu)?。 TAMB_SHOCK_FLAG：環(huán)境溫度沖擊檢測標志位。當檢測到環(huán)境溫度沖擊時，此位變?yōu)?。

/* 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: %drn",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 */

測試結(jié)果

在未有人的情況下。

在人體純在情況下。

審核編輯 黃宇