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使用 reCamera Pro 板载 IMU 实现倾斜与晃动检测

介绍​

本文介绍如何使用 reCamera Pro 板载的六轴惯性测量单元（IMU）——ICM-42670-P 陀螺仪——来实现设备倾斜与晃动检测。当设备发生倾斜或晃动时，系统会通过板载扬声器播放相应的语音警告。通过本教程，你将学习如何通过 Linux IIO 驱动读取原始陀螺仪数据、使用 ALSA 音频驱动播放警告音，并最终整合出一个完整的检测与告警程序。

硬件准备​

  • 一台 reCamera Pro
reCamera Pro
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实现原理​

通过采集板载陀螺仪（ICM-42670-P）的原始角速度数据，系统判断设备是否发生倾斜或晃动。当前实现采用简单的阈值判断方式，后续可根据实际需求进行优化。

晃动检测​

当任一轴向的角速度数据绝对值超过预设阈值时，即判定为晃动。

倾斜检测​

当任一轴向的角速度数据绝对值超过预设阈值时，即判定为倾斜。

板载陀螺仪数据采集​

reCamera Pro 的 Linux 环境使用 IIO（Industrial I/O）驱动，通过 sysfs 接口暴露传感器数据和配置，供用户空间应用访问。传感器数据路径为：

/sys/bus/iio/devices/iio:device1

陀螺仪的原始数据文件在该目录下暴露，如下图所示：

要获取陀螺仪的原始数据，只需读取对应的文件。例如，要获取陀螺仪 X 轴数据，读取 in_anglvel_x_raw 文件：

cat /sys/bus/iio/devices/iio:device1/in_anglvel_x_raw

执行结果如下图所示：

使用板载扬声器​

reCamera Pro 的板载扬声器通过标准 Linux ALSA 驱动进行控制。你可以使用以下命令查看当前声卡设备：

aplay -l

使用以下命令播放音频文件：

aplay test.wav
note

aplay 是一个 ALSA PCM 播放器。它只能播放 PCM/WAV 格式数据，无法解码 MP3。你可以使用以下命令将 MP3 转换为 WAV 格式：

ffmpeg -i test.mp3 test.wav

基础实现代码​

在了解了如何读取原始陀螺仪数据和播放音频之后，我们来编写代码实现完整功能。

陀螺仪数据采集​

下面是一个最小函数示例，演示如何采集 X 轴陀螺仪数据。你可以在此基础上扩展以获取其他轴的数据。

#!/usr/bin/env python3

DEVICE = "/sys/bus/iio/devices/iio:device1"

with open(f"{DEVICE}/in_anglvel_scale", "r") as f:
    scale = float(f.read().strip())

with open(f"{DEVICE}/in_anglvel_x_raw", "r") as f:
    raw = int(f.read().strip())

gyro_x = raw * scale

print(f"Gyroscope X: {gyro_x:.6f} rad/s")

音频播放​

当设备触发倾斜或晃动时，需要播放相应的语音警告。下面的代码演示如何使用 Python 播放音频：

#!/usr/bin/env python3

import subprocess

AUDIO = "test.wav"

subprocess.run([
    "aplay",
    AUDIO
])

最终实现代码​

  • 当设备被晃动时，将播放 “警告：请勿晃动设备”。
  • 当设备发生倾倒时，将播放 “警告：设备已倾倒。请立即检查设备状态以防止发生意外”。

相关代码可从 reCamera_PRO_IMU_Detect 下载。

代码部署​

下面的步骤说明如何将代码部署到 reCamera Pro 并运行：

  1. 通过 SSH 将整个文件夹上传到 reCamera Pro：
scp -r ./icm42670_project root@deviceIP:/userdata
  1. 运行主程序：
./main.py
note
  1. 程序首次运行会进行一次校准操作。请在运行 main.py 前确保设备放置稳定。如需重新校准（默认校准时长为 3 秒），运行：
./main.py --force-calib
  1. 查看代码使用帮助：
./main.py --help

故障排查​

  • 无法读取陀螺仪数据：请确认路径 /sys/bus/iio/devices/iio:device1 是否存在，以及 in_anglvel_x_raw 文件是否可读。如果路径不存在，可能是 IIO 驱动未加载；请检查内核模块。
  • 音频播放失败：请确认音频文件为 WAV 格式，并且系统中存在 aplay 命令。如果扬声器无声，请检查 ALSA 音量设置。
  • 校准失败：请确保设备在校准过程中保持静止且水平。如果校准时间不足，可使用 --force-calib 重新校准。

技术支持与产品讨论​

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