基于 STM32 的异常检测振动控制系统

完整项目工程代码：https://github.com/Feng2004124/edge_ai_abnormal_detect.git
软件配置：https://blog.csdn.net/qq_39172792/category_12587841.html?fromshare=blogcolumn&sharetype=blogcolumn&sharerId=12587841&sharerefer=PC&sharesource=2303_80296946&sharefrom=from_link

1. 项目概述

• 目标：基于 STM32 的异常检测振动控制系统
• 核心功能：
  • MPU6050 传感器数据采集（加速度计）
  • NanoEdge AI 异常检测
  • TB6612 电机驱动控制
  • F103C8T6单片机
  • 实时相似度反馈与电机响应

2. 硬件连接说明

2.1 STM32 与 MPU6050 连接

MPU6050 引脚	STM32 引脚	功能
VCC	3.3V	电源
GND	GND	地
SCL	PB6	I2C 时钟
SDA	PB7	I2C 数据
AD0	GND	I2C 地址选择 (0x68)

2.2 STM32 与 TB6612 连接

TB6612 引脚	STM32 引脚	功能
AIN1	PA1	电机方向控制
AIN2	PA2	电机方向控制
PWMA	PA8 (TIM1_CH1)	PWM 速度控制
VM	外部电源	电机电源
GND	GND	共地

2.3 其他连接

组件	STM32 引脚	功能
LED	PC13	状态指示
UART	PA9/PA10	调试串口输出

3. 软件架构

3.1 文件结构

3.2 核心模块说明

• main.c: 主程序逻辑，包含初始化、学习、检测循环
• mpu6050.c/h: MPU6050 驱动，数据读取和卡尔曼滤波
• motor.c/h: TB6612 电机控制，包含振动算法（模拟机电系统转动的实际振动）
• NanoEdgeAI.h: AI 异常检测库接口
• libneai.a：使用NanoEdge AI Studio软件训练得到的动态编译链接库

4. 关键代码配置说明

4.1 电机控制参数 (motor.h / motor.c)

// 振动参数配置位置
#define VIBRATION_FREQ 25.0f      // 振动频率 (Hz)
#define VIBRATION_AMPLITUDE 200.0f // 振动幅度 (0-200)
#define DUTY_CYCLE 500.0f         // 中心占空比 (50%)

// GPIO 引脚定义位置
// AIN1 = PA1, AIN2 = PA2, PWMA = TIM1_CH1 (PA8)

4.2 传感器配置 (mpu6050.c)

// MPU6050 配置位置
#define MPU6050_ADDR 0xD0         // I2C 地址
// 加速度计量程: ±2g (16384 LSB/g)
// 陀螺仪量程: ±250°/s (131 LSB/°/s)

4.3 AI 参数配置 (main.c)

// 学习参数位置
#define LEARNING_ITERATIONS 400   // 学习迭代次数
// 相似度阈值位置
if (similarity > 30) {          // 正常状态阈值
    StartVibration();
} else {
    Motor_Stop();
}

# Add linked libraries
target_link_directories(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE hardware/Src)  # 指定库目录
target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME}
        stm32cubemx
        neai  # 动态编译链接库,即libneai.a
        m  # 
)

其中的#define LEARNING_ITERATIONS 400 可以通过“Nano Edge AI”软件当中的训练完成之后的valid进行验证，验证之后会得到最少学习迭代次数。

5. 系统搭建完整流程流程

5.1 初始化阶段

1. MPU6050 初始化验证

   • 串口输出: MPU6050 Init... → MPU6050 OK!
   • LED 状态: 初始化失败时闪烁

2. NanoEdge AI 初始化

   • 串口输出: NanoEdge AI Init... → Learning...

3. 电机初始化

   • 串口输出: 电机正在运行
   • 电机状态: 学习期间保持 50% 占空比正转

5.2 学习阶段

• 学习过程: 400 次迭代
• 进度反馈: 每 50 次输出 Learning: X/400
• 完成标志: Learning Done!

5.3 实时检测阶段（发送给串口调试助手的数据格式）

• 数据格式: X.XXX Y.YYY Z.ZZZ | Sim: XX%
• 电机响应:
  • Sim > 30%: 启动振动模式
  • Sim ≤ 30%: 电机停止
• 调试输出: 振动时额外输出 Duty: XXX

5.4 实时检测阶段（发送给上位机用于显示）

• 数据格式：X.XXX Y.YYY Z.ZZZ%不发送后面的相似度，因为上位机的UI界面只接收三个维度的数据
  
  整个上位机的程序已经打包为.exe程序放在项目当中，自行拿去。
  同时，这个程序是自动检测串口，上下位机的通信已经使用握手命令进行验证，自动检测串口并且连接。

5.5 显示界面介绍

• 主要的功能为加载我原来的数据集，格式如下。分别为x,y,z轴的数据。同时，在.exe文件夹里面需要放置accel_data.txt的文件，当时代码加载原始数据留下来的遗留，之后优化的代码没有优化这个。
  
• 显示界面包含的功能

  使用正弦信号模拟采集的信息
  点击“启用串口数据”，自动连接串口，再界面显示实时数据。
  记录数据，开始记录数据；点击“停止实时模式”之后，绘制记录的图像。

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注: 请将对应的代码文件放置到上述指定的目录位置，并根据实际硬件连接调整 GPIO 引脚定义。