请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
查看: 216|回复: 2

[单片机资料] Arduino与MPU6050的数据获取、分析与处理

[复制链接]

签到天数: 411 天

[LV.9]元老将成

发表于 2018-8-9 20:52:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘要

MPU6050是一种非常流行的空间运动传感器芯片,可以获取器件当前的三个加速度分量和三个旋转角速度。由于其体积小巧,功能强大,精度较高,不仅被广泛应用于工业,同时也是航模爱好者的神器,被安装在各类飞行器上驰骋蓝天。

随着Arduino开发板的普及,许多朋友希望能够自己制作基于MPU6050的控制系统,但由于缺乏专业知识而难以上手。此外,MPU6050的数据是有较大噪音的,若不进行滤波会对整个控制系统的精准确带来严重影响。

MPU6050芯片内自带了一个数据处理子模块DMP,已经内置了滤波算法,在许多应用中使用DMP输出的数据已经能够很好的满足要求。本文将直接面对原始测量数据,从连线、芯片通信开始一步一步教你如何利用Arduino获取MPU6050的数据并进行卡尔曼滤波,最终获得稳定的系统运动状态。


一、Arduino与MPU-6050的通信

为避免纠缠于电路细节,我们直接使用集成的MPU6050模块。MPU6050的数据接口用的是I2C总线协议,因此我们需要Wire程序库的帮助来实现Arduino与MPU6050之间的通信。请先确认你的Arduino编程环境中已安装Wire库。

Wire库的官方文档、中指出:在UNO板子上,SDA接口对应的是A4引脚,SCL对应的是A5引脚。MPU6050需要5V的电源,可由UNO板直接供电。按照下图连线。

(紫色线是中断线,这里用不到,可以不接)

MPU6050的数据写入和读出均通过其芯片内部的寄存器实现,这些寄存器的地址都是1个字节,也就是8位的寻址空间

1.1 将数据写入MPU-6050

在每次向器件写入数据前要先打开Wire的传输模式,并指定器件的总线地址,MPU6050的总线地址是0x68(AD0引脚为高电平时地址为0x69)。然后写入一个字节的寄存器起始地址,再写入任意长度的数据。这些数据将被连续地写入到指定的起始地址中,超过当前寄存器长度的将写入到后面地址的寄存器中。写入完成后关闭Wire的传输模式。下面的示例代码是向MPU6050的0x6B寄存器写入一个字节0。

Wire.beginTransmission(0x68); //开启MPU6050的传输Wire.write(0x6B); //指定寄存器地址Wire.write(0); //写入一个字节的数据Wire.endTransmission(true); //结束传输,true表示释放总线
1.2 从MPU-6050读出数据

读出和写入一样,要先打开Wire的传输模式,然后写一个字节的寄存器起始地址。接下来将指定地址的数据读到Wire库的缓存中,并关闭传输模式。最后从缓存中读取数据。下面的示例代码是从MPU6050的0x3B寄存器开始读取2个字节的数据:

Wire.beginTransmission(0x68); //开启MPU6050的传输Wire.write(0x3B); //指定寄存器地址Wire.requestFrom(0x68, 2, true); //将输据读出到缓存Wire.endTransmission(true); //关闭传输模式int val = Wire.read() << 8 | Wire.read(); //两个字节组成一个16位整数

1.3 具体实现

通常应当在setup函数中对Wire库进行初始化:

Wire.begin();

在对MPU6050进行各项操作前,必须启动该器件,向它的0x6B写入一个字节0即可启动。通常也是在setup函数完成,代码见1.1节。

二、 MPU6050的数据格式

我们感兴趣的数据位于0x3B到0x48这14个字节的寄存器中。这些数据会被动态更新,更新频率最高可达1000HZ。下面列出相关寄存器的地址,数据的名称。注意,每个数据都是2个字节。

  • 0x3B,加速度计的X轴分量ACC_X
  • 0x3D,加速度计的Y轴分量ACC_Y
  • 0x3F,加速度计的Z轴分量ACC_Z
  • 0x41,当前温度TEMP
  • 0x43,绕X轴旋转的角速度GYR_X
  • 0x45,绕Y轴旋转的角速度GYR_Y
  • 0x47,绕Z轴旋转的角速度GYR_Z

MPU6050芯片的座标系是这样定义的:令芯片表面朝向自己,将其表面文字转至正确角度,此时,以芯片内部中心为原点,水平向右的为X轴,竖直向上的为Y轴,指向自己的为Z轴。见下图:我们只关心加速度计和角速度计数据的含义,下面分别介绍。

2.1 加速度计

加速度计的三轴分量ACC_X、ACC_Y和ACC_Z均为16位有符号整数,分别表示器件在三个轴向上的加速度,取负值时加速度沿座标轴负向,取正值时沿正向。

三个加速度分量均以重力加速度g的倍数为单位,能够表示的加速度范围,即倍率可以统一设定,有4个可选倍率:2g、4g、8g、16g。以ACC_X为例,若倍率设定为2g(默认),则意味着ACC_X取最小值-32768时,当前加速度为沿X轴正方向2倍的重力加速度;若设定为4g,取-32768时表示沿X轴正方向4倍的重力加速度,以此类推。显然,倍率越低精度越好,倍率越高表示的范围越大,这要根据具体的应用来设定。

我们用f表示倍率,f=0为2g,f=3为16g,设定加速度倍率的代码如下:

Wire.beginTransmission(0x68); //开启MPU-6050的传输Wire.write(0x1C); //加速度倍率寄存器的地址Wire.requestFrom(0x68, 1, true); //先读出原配置unsigned char acc_conf = Wire.read();acc_conf = ((acc_conf &