一块 NUCLEO-H533RE 贴在 28BYJ-48 步进电机旁边，用一颗 LIS3DH 加速度计采振动，判断电机此刻处在四个状态里的哪一个：停止、3ms 档、5ms 档、8ms 档。识别全部在片内完成，不联网，一次判决含频域核对 331 微秒，独立验证 169 帧全对。

做这个方向的起因是工业现场大量小型电机装上去就没人管，风机、泵、传送带、阀门执行器，坏了才知道。给每台配振动监测仪成本太高，接云端又要流量和网关。旁边一颗几块钱的 MCU 能一直听，只在异常时上报一条，成本、功耗、流量一起省下来。这类场景真正的要求不是"能跑"，而是换一台设备、换一次安装之后还能不能准。

系统分两块板。香橙派 Zero3 按自己的节拍给 ULN2003 送四相时序，随机模式下每 3 秒从空档、3ms、5ms、8ms 里等概率抽一个，不与上一次重复。NUCLEO 只干另一件事：I²C 400 千赫兹读 LIS3DH，DWT 定拍 1344 赫兹采 512 点凑一窗，合 0.381 秒，同一窗数据同时喂给 NanoEdge AI 和一段 16 点 Goertzel 频域核对，最后按主频出结论。两块板之间没有信号线，不共享时钟也不共享代码，唯一耦合是机械振动——所以"电机在第几档"这个真值不是被测系统自己说的。

电路上香橙派侧只要四根信号线加电源：物理针脚 12、15、16、18 接 ULN2003 的 IN1 到 IN4（sysfs 编号 75、72、79、78，芯片脚 PC11、PC8、PC15、PC14）；GND 走 14 脚，驱动板 VCC 走 2 脚或 4 脚。NUCLEO 侧 D14（PB7）接 SDA，D15（PB6）接 SCL，3V3 供电，D2 到 D5 悬空——驱动已经搬走了。ULN2003 是七路达林顿阵列，单路持续灌 500 毫安，内部并了续流二极管，COM 脚必须接正 5 伏才能构成泄放回路，所以外面不用再并 1N4007。

硬件四件：NUCLEO-H533RE（STM32H533RET6，Cortex-M33 250 兆，512 KB Flash，272 KB 内存，板载 ST-Link V3，一根 USB 兼做供电、下载和虚拟串口）、Seeed 114020121（LIS3DHTR，三轴 ±2g，12 位，I²C 地址 0x19，内建 32 级 FIFO）、Seeed 105990072（ULN2003 加 28BYJ-48，5 伏，减速比 1:64，一圈 4096 个半步）、香橙派 Zero3（全志 H618）做外部驱动。

LIS3DH 要和电机外壳或底座刚性固定，不能悬在杜邦线上，也别用胶带——胶带会蠕变，半小时内位姿就漂。安装位置一变，振动传递路径就变，特征跟着变。

软件参数是钉死的。CTRL_REG1 写 0x97，ODR 1344 赫兹、normal 模式、三轴全开；采样节拍用 DWT 数机器周期，250 兆除以 1344 得 186011 拍，实测 1343 赫兹。原来配的是 400 赫兹，3ms 档 333 赫兹早超过奈奎斯特 200 赫兹会混叠，换到 1344 后奈奎斯特 672 赫兹，三档的 333、200、126 全在带内，谱线才分得开。窗口 512 点不重叠，正好 0.381 秒。

模型接入有三处要注意：输入必须三轴逐点交错，x0、y0、z0、x1、y1、z1 这样铺，按轴块铺 Studio 不收；导出的库是 hard-float 编的，整个工程要加 -mfloat-abi=hard 和 -fshort-enums 重编；freestanding 没有 libm，tanhf 和 expf 得自己补。

数据集四类各 100 帧，每帧 512 点，采完先算类间可分性，不可分就别浪费训练时间。下面这张是 Studio 里四个类别的原始波形和对应频谱：上排三轴时域，下排三轴 FFT，每类 100 条、1536 列，横轴是归一化频率。当前显示的是 5ms 档，Z 轴主峰落在 0.148，乘上 1344 赫兹的采样率就是 199 赫兹，和后来实测的 198 赫兹对得上。谱线能这样干干净净分开，才有后面训练的事。

Studio 里建 4 个类别、每类 100 个信号、窗口 512 点，训练完导出的库内部 benchmark 是 100%。这个分数要说清楚：它在训练集上算的，只能说明模型记住了，不能说明模型认得出，真正的验证得另采数据。

一共跑了 19664 个候选库做横向比较，满分的不止一个。排在最前面的是 48 号 CNN：Quality Index 99 分、平衡准确率 100%、RAM 2.4 KB、Flash 1.5 KB、单次推理 0.9 毫秒。没再往下挑，是因为它直接对时序做卷积，跟这类振动信号对路，而后面几个同分的 SVM、XGB 是先把波形压成统计量再分类。

换成香橙派驱动后独立实测掉到 67.8%，5ms 档几乎全判成 8ms。对比两边统计量：训练时 Y 轴最安静（标准差 23 到 27），现场 Y 轴成了主振方向（48 到 85）；训练时 5ms 振动最大，现场是 8ms 最大，强弱顺序反了。而静止类两边几乎一致（5.4、3.3、11.0 对 5.5、3.4、10.9）——静止时传感器只感受重力，跟谁驱动无关；一转起来，振动要经电机外壳、支架、传感器这条路径，驱动方式改了激励频谱和传递函数。试过用轴向增益把现场数据掰回训练域，X 轴上 5ms 要乘 1.38、8ms 要乘 0.71，方向相反，三类无法同时落回。

剩下能用的量是主频，它只由每拍间隔决定，跟传递路径无关。3ms 档标称 333 赫兹实测 84（失步态），5ms 标称 200 实测 198，8ms 标称 126 实测 126。8ms 档幅度从 25 毫克跳到 141 毫克，5.6 倍，主频一动不动。实现是 16 次 Goertzel，4 个频带各 4 个频点，系数在 1344 赫兹下预算成常量写死。模型照常跑，两者分歧时以主频为准，并把模型原始判定打印成 AI=G3_8MS 留痕。另加两帧去抖，因为香橙派换档有软启动扫频，8ms 档从 50 赫兹升到 126 赫兹时会经过 84 赫兹。

g_ai = AIE_ClassGear(cls);                     /* 模型自己说的 */
FG_Run(win, SAMPLE_HZ, &fg);                   /* 频域核对 */

/* 连续两帧一致才认，滤掉软启动扫频路过的频点 */
if (fg.gear == s_g_cand) { if (s_g_cnt < 3u) s_g_cnt++; }
else                     { s_g_cand = fg.gear; s_g_cnt = 1u; }
if (s_g_cnt >= 2u) s_g_out = s_g_cand;

g = s_g_out;
if (g_ai <= 3u && g != g_ai) fixed = 1u;       /* 分歧标记 */

改造后每档采 18 秒共 169 帧：IDLE 42 帧模型单独 100%、最终 100%；G1_3MS 42 帧模型单独 0%、最终 100%；G2_5MS 43 帧模型单独 0%、最终 100%；G3_8MS 42 帧两边都是 100%。合计模型单独 49.7%，最终 100%，错的 85 帧全部塌到 G3_8MS。所以这套系统的 100% 主要由频域核对贡献，模型单独只有 49.7%，这一点写明不藏。

主要参数全部实测：采样率 1344 赫兹（实测 1343，偏 0.07%）；窗口 512 点合 0.381 秒不重叠；类别 4；档位 3、5、8 毫秒每拍，标称 333、200、126 赫兹，实测主频 84、198、126 赫兹；单次推理含频域核对 330 到 332 微秒；Flash 占用 52284 字节合 51.1 KB；静态 RAM 12060 字节合 11.8 KB；系统准确率 169 帧全对，模型单独 49.7%；换档稳定延迟约 2 帧、0.8 秒；香橙派步进节拍最大偏 0.197 毫秒。

实现步骤按顺序走：先点灯、串口能打印，确认工具链、下载链、串口链三条都通；再接 LIS3DH，I²C 400 千赫兹，扫 0x18 和 0x19，WHO_AM_I 应为 0x33，静止时某轴约 1000 毫克即 1g；然后把采样节拍钉到 1344 赫兹，串口回读误差小于 1% 才算过关；接着让步进电机按 8 拍半步转起来，停机时四相全拉低，否则线圈持续发烫；然后采数据集，采完立刻算可分性；再进 Studio 训练、导出库、接进工程；最后上外部驱动测真实准确率，加频域核对和去抖复测。

如何开启运行有两种接法。A 是只用 NUCLEO 自驱自检：D2 到 D5 接 ULN2003 的 IN1 到 IN4，D14 和 D15 接 LIS3DH 的 SDA 和 SCL，共地，USB 上电。B 是外部驱动，也就是本帖用法：拔掉 NUCLEO 到 ULN2003 的四根线，改接香橙派针脚 12、15、16、18，GND 接 14，驱动板 VCC 接 2 或 4。

固件用 bash build_zig.sh 编译出 firmware/MotorAI_T4.bin，pyocd flash --target stm32h533retx -f 2500k 烧入。串口 115200 八位无校验，走 ST-Link 虚拟串口。命令行 i 开关推理输出（每 0.381 秒一行），p 打印引擎状态与推理耗时，e 切换外部驱动和板载驱动，z 打印电机状态，c 采一窗并打印原始值用于导出 CSV，y dump 最近一窗的 512×3 原始值，g0 到 g3 在板载驱动时设档位。香橙派那侧：gcc -O2 -Wall -o motor_pi motor_pi.c，echo g2 > /tmp/motor.ctl 固定 5ms 档，echo rnd 进随机，cat /tmp/motor.state 查状态，开机自启交给 systemd，FIFO 建完 chmod 666。

效果演示，串口输出长这样：

[137.533s] G3_8MS  prob=61.430%  sense=gear3  f=126Hz/25.408mg
[138.382s] G3_8MS  prob=60.403%  sense=gear3  f=126Hz/113.321mg
[141.353s] G2_5MS  prob=65.061%  sense=gear2  f=198Hz/30.433mg  AI=G3_8MS
[143.469s] IDLE    prob=58.692%  sense=stop   f=84Hz/2.339mg

第一段是最终输出，sense=stop 或 gearN 是同一结论的另一种写法。f 和 mg 是当帧原始频域测量，不是去抖后的，所以换档瞬间会看到"结论还是 gear2，f 已经变成 126 赫兹"。行尾的 AI=G3_8MS 表示模型与频域不一致，系统采用频域结论并留痕，稳态时这一行不出现。

四档逐一识别：空档输出 IDLE，幅度 1.7 到 2.8 毫克；3ms 档输出 G1_3MS，主频 84 赫兹，幅度 38 到 40 毫克；5ms 档输出 G2_5MS，主频 198 赫兹，幅度 33 到 49 毫克；8ms 档输出 G3_8MS，主频 126 赫兹，幅度 25 到 141 毫克。随机换档连续跑，香橙派每 3 秒抽一个，NUCLEO 只靠振动跟，26 秒内 61 帧，换档处最多一帧过渡。

不足有三处。3ms 档在香橙派上转子跟不上，实测 84 赫兹正好是 333 除以 4，每 4 拍才真走一步，脉冲时序本身是准的，这是从静止直接拉到 333 步每秒的扭矩限制，所以 84 赫兹特征稳定可判，但实际转速不是标称值。堵转和负载突变没有覆盖，这是命题里"异常状态"的缺口，堵转时主频会掉、幅度也会变，需要另一套判据。验证范围也窄，169 帧都在同一安装、同一批器件、同一环境下采。

小结。这套系统交出来的是三样东西：一个可复现的实验结构，真值由另一块板子独立给出；一份按实测确定的参数配置，采样率、窗口、类别、排列方向都有依据；一个不随安装和驱动变化的判据，8ms 档幅度从 25 毫克漂到 141 毫克，主频始终 126 赫兹。

感谢得捷和 EEPW 提供这次机会，也感谢活动里各位先行者公开的调试记录。

【【let's do|2026年第3期】基于边缘AI的电机状态检测成果视频】 https://www.bilibili.com/video/BV1cdsV6zEAg/?share_source=copy_web&vd_source=42d951dc5e0576960e261aea008613b9