学习目标

  • 可以通过MPU6050获取加速度信息

  • 可以通过DMP库获取角度信息

    学习内容

    MPU6050

    MPU6050是一种常用的集成电路（IC），结合了3轴陀螺仪和3轴加速度计。它用于各种需要运动跟踪和感应的电子项目和设备。MPU6050由英飞凌科技公司（InvenSense）制造，现在已被TDK收购。它的一些主要特点包括：

  • 3轴陀螺仪：测量角速度，单位为每秒度。

  • 3轴加速度计：测量三个方向的加速度。
  • 数字运动处理器（DMP）：对原始传感器数据执行复杂的计算。
  • I2C通信接口：可以与微控制器和其他数字设备轻松集成。

MPU6050在涉及运动跟踪、手势识别和定向检测的项目中很受欢迎。它通常用于无人机、机器人、游戏和虚拟现实系统，以及各种消费电子设备中。开发人员和爱好者经常将MPU6050与Arduino、树莓派和其他嵌入式系统集成，以创建各种运动感应应用程序。

在MPU6050中，DMP代表数字运动处理器（Digital Motion Processor）。DMP是一个处理器，内置在MPU6050中，用于处理原始的陀螺仪和加速度计数据。它可以执行复杂的运动处理算法，如姿态估计、运动追踪和运动补偿，以提供更精确的运动数据。
通过使用DMP，用户可以从MPU6050获得处理过的数据，而不需要过多的处理器负担。DMP可以执行传感器融合算法，将来自陀螺仪和加速度计的数据融合在一起，以提供更准确、更稳定的姿态和运动跟踪信息。
使用DMP可以简化开发过程，因为它减少了对外部处理器的要求，同时提供了更高级的功能。这使得开发人员能够更容易地实现复杂的运动感应应用，如姿态控制、手势识别和空间定位等。

欧拉角

欧拉角（Euler angles）是一种用于描述物体在三维空间中旋转的方式。它由三个角度组成，分别表示绕三个相互垂直的轴（通常是固定的坐标系的X、Y、Z轴）旋转的量。这三个旋转通常被称为“滚动”（Roll）、“俯仰”（Pitch）和“偏航”（Yaw）。
可以通过右手法则判断rpy：
righthand.png

  • 滚动（Roll）：绕X轴旋转，将物体沿着X轴的正方向旋转。这种旋转会导致物体绕着自身的横轴旋转。

roll.gif

  • 俯仰（Pitch）：绕Y轴旋转，将物体沿着Y轴的正方向旋转。这种旋转会导致物体绕着自身的纵轴旋转。

pitch.gif

  • 偏航（Yaw）：绕Z轴旋转，将物体沿着Z轴的正方向旋转。这种旋转会导致物体绕着自身的垂直轴旋转。

yaw.gif
欧拉角通常用于描述物体的旋转姿态，并且相对直观，易于理解。但是，使用欧拉角存在一些问题，特别是在物体进行多次旋转时，可能会产生奇异性和歧义性。这些问题可以导致万向节锁（Gimbal lock）等旋转表示上的限制，特别是当俯仰角接近90度或270度时。
尽管欧拉角在许多情况下都很有用，并且易于人类理解，但在某些情况下，使用四元数等其他表示方法可能更适合处理旋转问题，特别是在需要连续旋转操作或精确姿态控制的情况下。

移植与使用

bsp_mpu6050.cbsp_mpu6050.hdmpKey.hdmpmap.hinv_mpu.cinv_mpu.hinv_mpu_dmp_motion_driver.cinv_mpu_dmp_motion_driver.h

  • bsp_mpu6050 为mpu6050驱动
  • inv_mpu inv_mpu_dmp_motion_driver为dmp处理器，可以计算出当前的欧拉角。

测试代码：

  1. #include "gd32f4xx.h"
  2. #include "systick.h"
  3. #include <stdio.h>
  4. #include "main.h"
  5. #include "Usart.h"
  7. #include "I2C.h"
  8. #include "bsp_mpu6050.h"
  9. #include "inv_mpu.h"
  10. #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h"
  13. void Usart0_recv(uint8_t* data, uint32_t len) {
  14.     printf("recv: %s\r\n", data);
  16. }
  18. int main(void)
  19. {
  20.     nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE4_SUB0);
  21.     systick_config();
  23.     Usart_init();
  24.     I2C_init();
  26.     printf("start \r\n");
  27.     delay_1ms(100);
  29.     while(MPU6050_Init()) {
  30.         delay_1ms(200);
  31.     }
  33.     while(mpu_dmp_init()) {
  34.         delay_1ms(200);
  35.     }
  37.     short gx, gy, gz;
  38.     float pitch,roll,yaw;
  39.     while(1) {
  40.         MPU6050ReadGyro(&gx, &gy, &gz);
  41.         mpu_dmp_get_data(&pitch, &roll, &yaw);
  43.         printf("(%d %d %d)(%f %f %f) \r\n", gx, gy, gz, roll, pitch, yarw);
  44.         delay_1ms(15);
  45.     }
  46. }

练习

  • 实现mpu6050数据读取