MPU6050陀螺仪和加速度计数据的获取和校准

只看该作者 · 2022-5-28 15:56

【STM32+cubemx】0027 HAL库开发：MPU6050陀螺仪和加速度计数据的获取和校准在制作平衡车或者飞行器时，不可避免地需要知道设备本身的姿态，一般我们使用陀螺仪和加速度计来获取这些信息。

陀螺仪用来测量物体的角度。传统的机械式陀螺的原理，和我们小时候玩的陀螺一样，是利用了高速旋转的物体能保持轴线稳定的特性；机械式陀螺需要的加工精度非常高，但是测角精度一般。后来发展出来的光纤陀螺和激光陀螺虽然原理上已经有了很大不同，但还是沿用了陀螺仪这个叫法，它们的精度要比机械式的陀螺高很多，价格也较贵。MEMS陀螺是基于微机电技术，它的突出特点是体积小、成本低，但是初始精度低，一般需要校准后才能获得较理想的数据；目前市面上常见的小型飞行器、平衡车，都是用的MEMS陀螺，正是由于低成本MEMS器件的出现，近年来小型四轴飞行器得到了飞速发展。

只看该作者 · 2022-5-28 16:02

加速度计用来测量物体的加速度，进而可以积分后得到物体的速度和位移。

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在一般的姿态测量的应用中，加速度计还可以用于校准陀螺仪的数据。这是因为加速度计可以实时测量重力加速度，根据重力加速度的方向，可以知道物体本身的一些姿态信息。陀螺仪的数据在较短时间内是比较准确的，但是长时间会有误差累积；所以，陀螺仪长时间的数据需要通过加速度计测得的重力角度来修正。

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MPU6050集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计，可以获取物体的姿态和运动信息。陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g，使用16bitAD采样。使用I2C接口通信。

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本节我们就来使用STM32获取MPU6050的加速度和角速度数据，并介绍一种简单的初始校准方法，最后使用匿名四轴地面站来显示加速度和角速度的波形图。

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1）MPU6050硬件介绍
本文使用的是下图这种MPU6050模块（GY521）：

只看该作者 · 2022-5-28 16:08

模块的电路板上，已经标明了X轴、Y轴的方向，而Z轴的方向由X轴、Y轴通过右手定则确定。

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至于各角速度的方向，也是通过右手定则确定，如下图：

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如果想把MPU6050集成到自己的电路板上，可以参考如下原理图设计：

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使用LDO降压成3.3V作为MPU6050的供电；对外的接口最少需要连接VCC_5V、GND供电线，SCL、SDA I2C通信线。

本文把I2C的两根线连接到STM32的I2C1对应的引脚上。

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2)配置cubemx工程
设置I2C1接口，速率为400KHz：

只看该作者 · 2022-5-28 16:14

设置好后，生成keil工程。

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3）MPU6050原始数据的获取
STM32的HAL库生成的硬件I2C代码有个bug，这里我们先修正一下：

就是I2C初始化的如下函数，需要添加一句，把时钟初始化的内容提到GPIO初始化之前，如果不修改，硬件I2C有时不能用。

只看该作者 · 2022-5-28 16:39

这个校准怎么做？

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编写代码时，将HAL库的I2C读写代码封装一下，以便于后面使用：

只看该作者 · 2022-5-28 16:51

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初始化MPU6050，如果我们只用最基本的功能，只要芯片唤醒，设置采样率、滤波器、量程等操作就可以了：（具体的寄存器含义，可以查看芯片数据手册）

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初始化完成后，就可以读取MPU6050的数据了，我们需要获取的加速度和角速度数据，在寄存器ACCEL_XOUT_H(0x3B)为起始地址的14个字节中，其中前6个字节是三个方向的加速度，最后6个字节是三个方向的角速度。

只看该作者 · 2022-5-28 16:54