代码收藏家技术教程 2023-08-19

STM32与MPU6050传感器的应用与原理解析

前言：最近几个月没有写文章了，因为这学期的事情真的有点多，但是想了想，文章还是要更新，总结自己学习的知识，真的很重要！！！

废话不多说，正文开始：
1.MPU6050的简介

MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了安装空间。MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，并且含有一个第二 IIC 接口，可用于连接外部磁力传感器即AUX_CL 和 AUX_DA，并利用自带的数字运动处理器（DMP: DigitalMotion Processor）硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。有了 DMP，我们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，非常方便的实现姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。

2.初始化步骤以及寄存器的介绍

（i）首先要初始化IIC的通讯协议，初始化SCL和SDA接口，确保mpu6050可以进行和STM32主板进行通信。

（ii）复位MPU6050然唤醒MPU6050

当复位MPU6050的时候，将Bit7【DEVICE_RESET】置为1，使得其复位，与此同时，SLEEP位则会变为1【1：睡眠模式 0：正常工作模式】，所以需要唤醒MPU6050，将改为置为0，进行下一步的操作，TEMP_DIS 用于设置是否使能温度传感器，设置为 0，则使能。

MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);	//复位MPU6050
delay_ms(100);
MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);	//唤醒MPU6050

(iii)初始化陀螺仪传感器【角速度传感器】

该寄存器需要关注的是FS_SEL这两位，这是角速度量程的范围

这个陀螺仪满量程的概念是：

量程指的是最大量程，比如，选择的是FS_SEL == 2 —>±1000°/s，每秒1000以内都可以检验出来，但当大于1000°的时候，就无法进行检测。

（iv）加速度传感器

和上面同理，关注FS_SEL这两位。

eg: 2g == 两个重力加速度 = 19.6m/s²，以此类推，确定最大量程。

灵敏度为：65536（2^16）/4000（2000*2）=16384LSB/g。

但一般我们使用mpu6050选择的是 ±1000°/s和±2g。

    MPU_Set_Gyro_Fsr(3);					//陀螺仪传感器,±2000dps
	MPU_Set_Accel_Fsr(0);					//加速度传感器,±2g

(v)FIFO使能寄存器

将ACCEL_FIFO_EN设置为1，则开启FIFO,则开启加速度传感器的三个位，设置为0，则关闭FIFO。角速度的传感器需要自己单个控制开启与否。

MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);	//关闭FIFO

(vi) 陀螺仪采样率分频寄存器

公式为：采样频率=陀螺仪输出频率/
（
1+SMPLRT_DIV
）

一般陀螺仪的输出频率为1khz或者8khz,这个由数字低通滤波器来决定，当采样频率为50hz的时候，则当前的SMPLRT_DIV为（1000/50-1 = 19）。

（vii）配置寄存器

主要看的低三位的设置：

一般设置的带宽 = 采样频率/2。

（viii）加速度输出寄存器，陀螺仪输出寄存器，温度输出寄存器

温度换算公式为：
Temperature = 36.53 + regval/340。

这三个都是输出传感器的数值，高字节在前，低字节在后。

//得到温度值
//返回值:温度值(扩大了100倍)
short MPU_Get_Temperature(void)
{
    u8 buf[2]; 
    short raw;
	float temp;
	MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf); 
    raw=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
    temp=36.53+((double)raw)/340;  
    return temp*100;;
}
//得到陀螺仪值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
    u8 buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*gx=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*gy=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*gz=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;;
}
//得到加速度值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
    u8 buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*ax=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*ay=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*az=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;;
}

理解一行代码：

((u16)buf[0]<<8)|buf[1]

将buf[0]强制转换为16int型的数据，然后将其左移八位，使得低八位空出来，将buf[1]的八位移入，添到低八位，构成16位的数据，然后输送出来。

（ix）DMP简单解释

DMP会将陀螺仪传感器以及加速度传感器的数值传送出来，借助DMP输出四元数【q30格式】，即放大了2的30次方，所以需要除回来。

        q0 = quat[0] / q30;   //q30格式转换为浮点数
       q1 = quat[1] / q30;
       q2 = quat[2] / q30;
       q3 = quat[3] / q30;

然后借助公式转换为角度。除以57.3为了将弧度转化为角度

         *pitch = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3;   // pitch
       *roll = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 – 2 * q2* q2 + 1)* 57.3;   // roll
       *yaw = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3;   //yaw

注：如果需要OLED显示，只需要正常的配置一个OLED的IIC通信，然后设定好你需要的字符大小，然后设置相应的需要的字体以及变量，从而可以显示在显示屏上面，，或者你也可以选择串口1printf输出出来。

实物图：