摘要

在本篇知识文章中，我们将从硬件和软件工具两方面介绍如何开始使用意法半导体的新型红外传感器STHS34PF80。

简介

意法半导体红外传感器的生态系统

要开始使用新型红外传感器STHS34PF80，可以选择以下两种方式：
•    使用专业的MEMS工具板STEVAL-MKI109V3，支持使用Unico-GUI来评估传感器。
•    使用STM32开放式开发环境开发基于MEMS的应用，将STM32微控制器与MEMS传感器（包括我们的红外传感器）相结合。
我们将深入探讨使用评估套件STEVAL-MKI231KA的这两种方式。

STEVAL-MKI231KA概览

1.评估工具

STHS34PF80评估工具

此评估套件由电子和机械两部分组成。
•        电子部分包括：评估板、DIL24适配器和用于连接评估板和DIL24的柔性电缆。
•        机械部分包括一个特制塑料支架（带螺钉和螺母）和一个Fresnel Factory生产的特殊镜头。
在本文的第一部分，我们将仅探讨电子部分。机械部分留到后面介绍。

我们首先将评估套件连接到专业的MEMS工具板STEVAL-MKI109V3，然后通过USB电缆将工具板连接到PC。在PC上，我们需要确保安装了最新版本的Unico-GUI。如果尚未安装，您可以从意法半导体网站下载（目前最新版本为9.16）。

启动Unico-GUI，便可选择适用于红外传感器的STEVAL-MKI231KA套件。

Unico-GUI

在Unico的Options选项卡中，您可以配置一些设置，如输出数据速率、环境温度和物体温度的平均值数量。

Unico-GUI的Options选项卡

您还可以启用T_object补偿，这是一种基于环境温度数据的补偿算法，可提高物体温度数据的准确性。
该程序仅对与传感器热耦合的环境温度变化有效。例如，安装传感器的PCB发生温度变化。

有关补偿的更多详细信息，请参阅应用笔记AN5867的第4.6节。

借助Unico-GUI的轻松配置按钮，您可以使用一些默认设置来配置器件。按下START按钮后，工具便开始接收开发板的数据。
在图中，您可以看到T_Ambient和T_Object信号，以及设备计算的所有衍生信号：如T_Presence、T_Motion和T_Ambient_Shock。

图：T_Ambient和T_Object信号

所有这些数据均从专业MEMS工具板上的传感器输出寄存器读取，并通过USB与PC进行通信。

现在我们来观看一个简单的演示，在这个演示中，我们可以看到有一个人进入了红外传感器的视野。

人进入红外传感器STHS34PF80的视野

当有人进入时，运动和存在标志都会上升。不过，当人停止移动后运动标志会下降，但只要人还在视野内，存在标志就会保持高位。
然后，我们看到人离开传感器的视野。首先，我们可以看到运动标志再次上升，表示用户正在移动。当人离开视野后，存在标志便会下降。
之后，运动标志也会下降。

人离开红外传感器STHS34PF80的视野。

在本例中，我们只使用了默认设置，当然，您也可以使用不同参数来提高检测效果。
在智能数字算法工具中，您可以为内部算法配置一些参数：存在检测、运动检测和T_ambient冲击检测的阈值和迟滞。

智能数字算法工具

在同一窗口中还可以进行低通滤波器设置，这些滤波器直接作用于三种检测算法。
有关嵌入式存在、运动和环境温度冲击检测的更多信息，请参阅红外传感器的数据手册和应用笔记文档。
这些算法嵌入在器件中，因此电流消耗较低。

如果想要提高检测的精度，可以使用软件库。
在此之前，我们先来了解一下Unico-GUI中的另一个用于红外传感器的工具。
这是一个离线调整工具，可以根据之前获取的某些数据日志，找到不同参数的最佳配置。

离线调整工具

我们在软件模型中植入了存在、运动和环境冲击检测算法，并将其集成到此工具中用于离线分析和参数调整。
在此情况下，可以不连接开发板。

用户可通过加载带标签的csv或按制表符分隔的日志文件（包括带标签的标题行），上传记录的日志以进行参数调整。
选择T_Object ID或/和T_Ambient ID标题标签后，便会启用开始日志处理的START按钮。
点击START按钮后，将使用选定的参数值执行存在、运动和T_Ambient冲击检测算法。
可使用Load Configuration (.ucf)/ Save Configuration (.ucf) 按钮来保存/加载寄存器配置 (.ucf) 文件。

使用“Save Data (.txt)”按钮可将处理结果导出为文本文件。
如已连接开发板，则可以通过读/写配置按钮从器件读取在GUI上显示的参数值或将其存储到器件中。

使用此工具的好处是只需使用应用用例的一个记录实例。通过对算法反复进行微调，您可以找到应用的最佳参数。

2.开发工具

开发工具

现在来了解一下STM32开放式开发环境，它包含一个红外传感器的专用库。我们将使用新型X-NUCLEO-IKS4A1扩展板，将其安装在NUCLEO-F401RE开发板的上面。
在本例中，我们不使用DIL24适配器，因为扁平电缆可以直接连接到评估板。接着，可将X-NUCLEO-IKS4A1扩展板插入到Nucleo板（本例中为F401RE）中。最后，可通过USB将Nucleo板连接到PC。

X-NUCLEO-IKS4A1

3.X-CUBE-MEMS1扩展包
要将红外传感器与Nucleo板搭配使用，我们需要一个专用固件，它包含在X-CUBE-MEMS1扩展包中。
从意法半导体网站上下载该扩展包后，可以导航到/Projects/文件夹。在这里，您可以找到支持不同Nucleo板的项目。我们选择/Nucleo F401../

X-CUBE-MEMS1扩展包：文件夹/Nucleo F401.../

然后是/Applications/CUSTOM/PresenceDetection....您可以在这里找到固件的源代码，可根据不同的环境（包括IAR、Kiel和STM32CubeIDE）打开相应的源代码。

X-CUBE-MEMS1：固件源代码可用于包括IAR、Kiel和STM32CubeIDE在内的各种不同环境。

还有一个/Binary/文件夹，其中包含预编译固件的.bin文件，可以直接加载到Nucleo板中。

可供使用的预编译固件的二进制.bin文件

要使用二进制文件，可将“Binary”文件夹中的预编译.bin文件拖放到Nucleo板的文件夹中。有关已加载应用的更多信息，请参阅用户手册UM3169，该手册可从我们的网站下载。

4.使用Unicleo-GUI测试定制固件

Unicleo-GUI

我们通过X-CUBE-MEMS1扩展包中的固件二进制文件加载的应用程序，展示了如何使用存在检测库。目标是仅使用红外传感器获取物体的存在和运动数据。数据通过UART从Nucleo板发送到连接的PC。
我们可以在PC上使用Unicleo-GUI软件，它是X-CUBE软件扩展包和STM32 Nucleo扩展板的图形用户界面。

建立连接后：
•        用户可以查看来自红外温度传感器的原始环境温度和物体温度[LSB]数据。
•        用户可以查看补偿后的物体温度[LSB]及其变化率[LSB]，以及物体存在和运动检测标志。
•        用户可将数据存储在.csv文件中。
5.InfraredPD库
在我们使用Unicleo测试的固件中，集成了存在检测库。以下是一些详细说明，摘自用户手册UM3169。

InfraredPD库框图

该库可用于：
•        对物体温度进行环境温度变化的补偿。
•        运动检测。
•        先进的存在检测。
补偿环境温度变化：
•        该库可以复制器件中嵌入的线性算法。
•        它也可以运行非线性算法，在环境温度快速变化时进行更好的补偿。


运动检测算法与器件中嵌入的算法类似，而存在检测算法则更加稳健可靠。当观察到Tobject信号出现一些漂移时，后者可以改进存在检测。这种漂移通常仅与传感器视野内环境的温度变化有关，而与与传感器有热接触的环境温度变化无关。

6.X-CUBE-MEMS1扩展包中提供的STM32CubeIDE项目

X-CUBE-MEMS1扩展包中提供的STM32CubeIDE项目

在我们之前从意法半导体网站下载的X-CUBE-MEMS1扩展包中，您可以找到固件的源代码，其中包括PresenceDetection库。
如果要进行修改，则可以在开发环境中打开源代码。
在这里，我们选择使用STM32CubeIDE来打开项目，它支持在Nucleo板上编译源代码和烧录固件。请注意，PresenceDetection库已作为二进制文件包含在该固件中。不过，您可以通过固件源代码修改配置参数。
7.镜头

为STHS34PF80红外传感器提供的TMOS63-10镜头

为了提高红外传感器的性能，可以针对特定应用使用一些特殊镜头。
在STEVAL-MKI231KA套件中，为STHS34PF80红外传感器提供了TMOS63-10镜头。您可以根据应用选择使用此镜头或其他镜头。STEVAL-MKI231KA套件还随镜头一起提供了一个支架。支架的作用是保持镜头和传感器之间的正确距离。镜头的平滑部分负责捕捉光线，因此应安装在外部（平滑部分应朝外）。最后，还可以在底部装上一些螺钉，在顶部装上螺母。


有关硬件实施的更多信息，可以查看产品STHS34PF80官方网页上的其他文档。例如，应用笔记（文档AN5983）中提供了一些在开发定制硬件或进行集成时有用的重要注意事项。像TMOS63-10镜头一样的点透镜，其FoV为正负5度（共10度）。这可以将检测距离增加到15米。

8.GitHub上的标准C驱动程序
如果您有任何定制硬件，且需要针对我们的红外传感器开发特定的驱动程序，请查看GitHub资源库，查找适用于STHS34PF80器件且不限平台的驱动程序。

在GitHub资源库中查找适用于STHS34PF80且不限平台的驱动程序

结语
我们现已了解了如何开始使用意法半导体的红外传感器STHS34PF80及其生态系统，包括硬件和软件工具。
您可以通过以下链接找到关于该主题的专门网络研讨会：智能占用情况检测的关键：新型边缘处理红外传感器

相关链接
UM3169开始使用面向STM32Cube的X-CUBEMEMS1扩展软件包中的InfraredPD存在和运动检测库
不限平台的驱动程序的GitHub资源库
Unico-GUI