（1）项目介绍
项目名称：基于STM32WBA的低功耗BLE姿态环境监测节点
项目目标：验证STM32WBA的BLE 5.4通信与低功耗特性，充分利用板载MEMS传感器，实现环境温度与姿态数据的无线采集与实时显示。
技术方案：1. 传感器数据采集：基于STM32CubeWBA软件包及X-CUBE-MEMS1扩展驱动，通过I2C读取板载温度传感器、三轴加速度计与陀螺仪原始数据；集成ST MotionFX库完成传感器融合，输出俯仰角与横滚角（若授权受限，则采用Madgwick滤波作为备选方案）。
2. BLE数据推送：使用ST BLE Stack建立自定义GATT Service（包含温度、加速度、姿态角等Characteristic），通过Notify方式实时向手机端推送数据；手机端使用nRF Connect或BLE调试助手进行数据接收与可视化，无需额外开发APP。
3. 低功耗优化：利用CubeMX可视化配置STOP低功耗模式，动态调整BLE广播间隔（100ms~1s可调）与MEMS采样频率；在空闲时段关闭射频与传感器，实现电池便携供电。目标深度休眠静态电流降至100μA以下，BLE连接状态下平均工作电流低于1mA。
4. 交互设计：板载用户按键用于切换工作模式（实时采集/低功耗休眠），LED指示蓝牙连接状态。
4周交付计划：第1周：搭建CubeIDE+STM32CubeWBA开发环境，跑通BLE广播与MEMS读取官方例程；
第2周：完成传感器数据融合，建立自定义BLE Service并实现手机Notify数据通信；
第3周：添加按键、LED交互逻辑，调试整机低功耗参数，完成锂电池便携供电实测；
第4周：整理全套工程源码、测试截图，录制功能演示视频，在论坛发布完整试用评测报告。
（2）硬件介绍
1. 核心器件

器件	型号	说明
无线模块	STM32WBA5MMG（SiP）	Cortex-M33 @ 100MHz，1MB Flash，128KB SRAM
温度传感器	SHT40-AD1B	I²C，高精度数字温湿度传感器
六轴 IMU	ISM330DHCX	3D 加速度计 + 3D 陀螺仪，I²C，最大 ODR 417Hz
EEPROM	M24256-DFMC6TG	256Kbit，I²C
调试接口	STDC14	1.27mm 间距 14 针
用户交互	B2 按键 + 蓝色 LED	模式切换 + 状态显示

2. 开发工具
ST-LINK/V3SET + STDC14 连接线；STM32CubeIDE + STM32CubeWBA Firmware Package V1.10.0；nRF Connect（手机端 BLE 调试）；USB Type-C 供电。
（3）整体设计思路
1. 功能框图
2. 软件流程图

3. 工作模式状态机
（4）具体实现情况
1. 传感器数据采集
基于 STM32CubeWBA HAL 和官方 B-WBA5M-WPAN BSP，通过 I²C3 读取 SHT40-AD1B 的温度值和 ISM330DHCX 的三轴加速度、三轴角速度。在应用层完成单位换算（mg → g，mdps → dps → rad/s）。
2. 姿态融合
采用 Madgwick AHRS 六轴融合算法。STM32CubeWBA V1.10.0 中不含 MotionFX 兼容库，因此直接采用无外部依赖的 Madgwick 纯 C 实现，输出 Roll/Pitch，更新频率 20Hz（50ms），静止平放偏差 ±3° 以内。
3. BLE 自定义服务
在官方 BLE Sensor 服务基础上新增独立的 Telemetry Service（UUID `7a112d90-...0000`），内含一个 20 字节 Notify 特征（`...0001`），字段为：uint32 时间戳 + int16 温度（0.01°C）+ int16×3 加速度（mg）+ float×2 Roll/Pitch（°）。发送频率 20Hz。
Telemetry 数据发送不依赖官方 Motion/Environmental 通知是否启用——传感器定时器在初始化时即启动，确保数据持续更新。
4. 按键与 LED
B2 短按切换实时/低功耗模式，长按进入深度休眠。蓝色 LED：快闪（2Hz）=广播中，常亮=已连接实时模式，慢闪（0.5Hz）=低功耗模式，灭=深度休眠。LED 任务以独立应用定时器（250ms 周期）驱动。
5. 低功耗优化
低功耗模式接通后：传感器 ODR 从 104Hz 降至 12.5Hz，BLE 连接间隔从约 20ms 提升至约 500ms，未连接时广播间隔从 100ms 调整为 1s，LED 从常亮变为慢闪。STOP 低功耗模式已启用（STOP1，空闲自动进入、按键唤醒），对应申请方案中"STOP 低功耗模式"的要求；该 BLE_Sensor 官方基线未实现 STOP2 入口，故以 STOP1 落地。
（5）关键代码介绍
1. I²C 传感器读取与归一化
/* 读取加速度（mg）并转换为 g */BSP_MOTION_SENSOR_GetAxes(MOTION_SENSOR_ISM330DHCX_0,                          MOTION_ACCELERO, &accel);float ax_g = (float)accel.x / 1000.0f;
/* 读取陀螺仪（mdps）并转换为 rad/s */BSP_MOTION_SENSOR_GetAxes(MOTION_SENSOR_ISM330DHCX_0,                          MOTION_GYRO, &gyro);float gx_rad = (float)gyro.x / 1000.0f * 3.14159f / 180.0f;
2. Madgwick 融合与 Euler 角输出
Madgwick_UpdateIMU(&filter,    gx_rad, gy_rad, gz_rad,    ax_g, ay_g, az_g, dt);Madgwick_GetEuler(&filter, &roll, &pitch, &yaw);
3. Telemetry Service 注册
COPY_TELEMETRY_SERVICE_UUID(uuid.Char_UUID_128);aci_gatt_add_service(UUID_TYPE_128, (Service_UUID_t *)&uuid,    PRIMARY_SERVICE, 4, &ctx.TelemetrySvcHdle);
COPY_TELEMETRY_C_UUID(uuid.Char_UUID_128);aci_gatt_add_char(ctx.TelemetrySvcHdle, UUID_TYPE_128,    (Char_UUID_t *)&uuid, 20,    CHAR_PROP_NOTIFY, ATTR_PERMISSION_NONE,    GATT_NOTIFY_ATTRIBUTE_WRITE, 0x10,    CHAR_VALUE_LEN_CONSTANT, &ctx.Telemetry_CCharHdle);
4. 模式切换与低功耗参数调整
if (mode == APP_MODE_LOWPOWER) {    odr = 12.5f;   conn_min = 500U;   /* 低功耗 */} else {    odr = 104.0f;  conn_min = 20U;    /* 实时 */}BSP_MOTION_SENSOR_SetOutputDataRate(INSTANCE, MOTION_ACCELERO, odr);BSP_MOTION_SENSOR_SetOutputDataRate(INSTANCE, MOTION_GYRO, odr);APP_BLE_RequestConnectionUpdate(conn_min, conn_min + conn_min / 2);
（6）功能展示
成果视频：
（7）技术难点与解决方案
1. MotionFX 缺失
STM32CubeWBA V1.10.0 软件包中不含适用于当前平台的 MotionFX 库。采用 Madgwick AHRS 纯 C 实现，无外部依赖。该算法在六轴条件下稳定输出 Roll 和 Pitch，满足项目需求。
2. GATT 空间不足导致 Telemetry 服务不可见
新增独立 Service 需要额外 GATT 属性和缓冲区。初始配置沿用官方默认值，导致 `aci_gatt_add_service` 失败而设备仍可扫描连接（静默失败）。排查后将 `CFG_BLE_NUM_GATT_ATTRIBUTES` 从 68 增至 80、`CFG_BLE_ATT_VALUE_ARRAY_SIZE` 从 1344 增至 1600，问题解决。
3. Telemetry Notify 依赖 Motion Notify
Telemetry 数据发送最初放置在 `MOTION_Update()` 函数中，而该函数的定时器仅在手机端开启 Motion Notify 后才启动，导致Telemetry 在未经订阅 Motion 通知时停止更新。修复方案：在 `BLE_SENSOR_APP_Init()` 中立即启动环境传感器和运动传感器定时器，将数据采集与 GATT 通知解耦。
4. 传感器数据单位
ISM330DHCX BSP 的 `GetAxes()` 返回值为 mg 和 mdps，不是 SI 单位。进入姿态算法前需显式转换，否则角度输出完全错误。已在应用层统一归一化，并通过注释记录单位换算公式。
（8）总结
本项目在 4 周内完成了从开箱上电到完整功能验证的全流程。基于 STM32CubeWBA 官方 BLE_Sensor 工程作为稳定基线，逐步加入 Madgwick 姿态融合、自定义 Telemetry 服务、按键/LED 交互和低功耗模式切换，最终实现了一个可独立运行、数据可通过手机端实时接收的无线姿态环境监测节点原型。