Arduino提高篇16—六轴姿态MPU6050

六轴姿态MPU6050

惯性测量单元「Inertial measurement unit,简称 IMU」可以帮助我们在三维空间中获取物体当前三维位置的值,这些值可以用来帮助我们确定物体的精确位置,例如检测智能手机的水平或倾斜状态或是使用IMU传感器来追踪运动状态等。IMU传感器在汽车、自平衡机器人、四轴飞行器、惯性导航等设备上广泛应用。

六轴姿态传感器MPU6050是IMU传感器系列的一种,本篇介绍如何驱动其获取原始数据。

1. MPU6050传感器介绍

IMU传感器通常包含两个或多个功能,按优先级分别是加速计、陀螺仪、磁力计和测高仪。MPU6050传感器采用单芯片封装,将一个加速度计、一个陀螺仪和一个温度传感器集成在一起,提供六轴姿态数值输出。

MPU6050

主要参数

  • 电压:3-5V
  • 通讯:标准IIC通讯协议
  • 16Bit AD转换器
  • 数字温度传感器
  • 集成数字运动处理器(DMP)
  • 预留接口可用于与磁力计等其他IIC设备通讯

引脚说明

  • VCC:电源
  • GND:地
  • SCL:IIC通讯时钟引脚
  • SDA:IIC通讯数据引脚
  • XDA:外接IIC设备数据引脚
  • XCL:外接IIC设备时钟引脚
  • ADO:IIC从地址LSB
  • INT:用于指示数据准备就绪的中断引脚

MPU6050引脚

2. 实验材料

  • Uno R3开发板
  • 配套USB数据线
  • 面包板及配套连接线
  • MPU6050传感器模块

3. 实验步骤

1. 根据原理图搭建电路图。

MPU6050传感器模块的VCC、GND分别连接开发板的3.3V、GND,传感器的SDA、SCL引脚连接开发板A4、A5引脚。

实验原理图如下图所示:

实验原理图

实物连接图如下图所示:

实物连接图

2. 新建sketch,拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。

#include<Wire.h>
const int MPU6050_addr = 0x68;
int16_t AccX, AccY, AccZ, Temp, GyroX, GyroY, GyroZ;
void setup() {
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);
  Wire.write(0x6B);
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission(true);
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);
  Wire.write(0x3B);
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU6050_addr, 14, true);
  AccX = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  AccY = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  AccZ = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Temp = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  GyroX = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  GyroY = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  GyroZ = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Serial.print("AccX = "); Serial.print(AccX);
  Serial.print(" || AccY = "); Serial.print(AccY);
  Serial.print(" || AccZ = "); Serial.print(AccZ);
  Serial.print(" || GyroX = "); Serial.print(GyroX);
  Serial.print(" || GyroY = "); Serial.print(GyroY);
  Serial.print(" || GyroZ = "); Serial.print(GyroZ);
  Serial.print(" || Temp = "); Serial.println(Temp / 340.00 + 36.53);
  delay(500);
}

3. 连接开发板,设置好对应端口号和开发板类型,进行程序下载。

程序下载

4. 实验现象

打开串口监视器,波特率设置成与程序中相一致的9600。监视器中数据会随着传感器的角度变化而变化。

实验现象

5. 程序分析

程序中使用了通用IIC库「Wire」进行驱动,按照数据手册从指定寄存器中获取数据,注意要把两个字节组合得到16Bit的原始数据。当然MPU6050也有很多驱动库,将IIC通讯过程进一步封装。


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MPU6050传感器实验STM32F407开发板KEIL软件工程源码: void usart1_send_char(u8 c) { while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)==RESET){}; USART1->DR=c; } //传送数据给匿名四上位机软件(V2.6版本) //fun:功能字. 0X01~0X1C //data:数据缓存区,最多28字节!! //len:data区有效数据个数 void usart1_niming_report(u8 fun,u8*data,u8 len) { u8 send_buf[32]; u8 i; if(len>28)return; //最多28字节数据 send_buf[len+3]=0; //校验数置零 send_buf[0]=0XAA; //帧头 send_buf[1]=0XAA; //帧头 send_buf[2]=fun; //功能字 send_buf[3]=len; //数据长度 for(i=0;i<len;i++)send_buf[4+i]=data[i]; //复制数据 for(i=0;i<len+4;i++)send_buf[len+4]+=send_buf[i]; //计算校验和 for(i=0;i>8)&0XFF; tbuf[1]=aacx&0XFF; tbuf[2]=(aacy>>8)&0XFF; tbuf[3]=aacy&0XFF; tbuf[4]=(aacz>>8)&0XFF; tbuf[5]=aacz&0XFF; tbuf[6]=(gyrox>>8)&0XFF; tbuf[7]=gyrox&0XFF; tbuf[8]=(gyroy>>8)&0XFF; tbuf[9]=gyroy&0XFF; tbuf[10]=(gyroz>>8)&0XFF; tbuf[11]=gyroz&0XFF; tbuf[12]=0;//因为开启MPL后,无法直接读取磁力计数据,所以这里直接屏蔽掉.用0替代. tbuf[13]=0; tbuf[14]=0; tbuf[15]=0; tbuf[16]=0; tbuf[17]=0; usart1_niming_report(0X02,tbuf,18);//传感器帧,0X02 } //通过串口1上报结算后的姿态数据给电脑(状态帧) //roll:横滚角.单位0.01度。 -18000 -> 18000 对应 -180.00 -> 180.00度 //pitch:俯仰角.单位 0.01度。-9000 - 9000 对应 -90.00 -> 90.00 度 //yaw:航向角.单位为0.1度 0 -> 3600 对应 0 -> 360.0度 //csb:超声波高度,单位:cm //prs:气压计高度,单位:mm void usart1_report_imu(short roll,short pitch,short yaw,short csb,int prs) { u8 tbuf[12]; tbuf[0]=(roll>>8)&0XFF; tbuf[1]=roll&0XFF; tbuf[2]=(pitch>>8)&0XFF; tbuf[3]=pitch&0XFF; tbuf[4]=(yaw>>8)&0XFF; tbuf[5]=yaw&0XFF; tbuf[6]=(csb>>8)&0XFF; tbuf[7]=csb&0XFF; tbuf[8]=(prs>>24)&0XFF; tbuf[9]=(prs>>16)&0XFF; tbuf[10]=(prs>>8)&0XFF; tbuf[11]=prs&0XFF; usart1_niming_report(0X01,tbuf,12);//状态帧,0X01 } int main(void) { u8 t=0,report=1; //默认开启上报
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