Arduino uno + mpu6050 陀螺仪运用卡尔曼滤波姿态解算实验

MPU6050六轴陀螺仪

作用于四轴无人机，平衡车，机器人等等的电子实作当中，用于姿态判断，掌握了可以发挥自己的想象完成更多更有趣的作品。

本例程输出XYZ的角度，正负90度。

运用卡尔曼滤波算法解算姿态，感觉算是比较稳定，但好像有点偏移。大家好好学习参考，再改进吧。

输出效果

首先看看本例程XYZ轴的输出效果图:

（时间曲线的体现是：静止姿态→摆动→恢复原静止姿态→拍动桌子→静止姿态）

Bom表

Arduino Uno *1

mpu6050 陀螺仪模块 *1

跳线若干

MPU6050 引脚说明

VCC 3.3-5V（内部有稳压芯片）

GND 地线
SCL MPU6050作为从机时IIC时钟线

SDA MPU6050作为从机时IIC数据线

XCL MPU6050作为主机时IIC时钟线

XDA MPU6050作为主机时IIC数据线
AD0 地址管脚，该管脚决定了IIC地址的最低一位

INT 中断引脚

接线

Arduino uno+MPU6050接线方式如下

程序实现

首先要更新I2C库

在GITHUB找到的I2C库

（程序来源: https://github.com/jrowberg/i2cdevlib）

打开,把Arduino文件夹里的I2Cdev，MPU6050文件夹复制到Arduino IDE的库文件夹里

(默认的路径是这个 C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries)

在GITHUB找到的卡尔曼滤波程序（程序来源: https://github.com/wjjun/MPU6050_Kalman）

把程序上传到板子上，打开串口监视器，就可以看到一堆堆的数据了

（往后再说说怎么整理处理这些数据）

程序和库文件打包下载：https://u16460183.ctfile.com/fs/16460183-295242093

压缩包文件夹说明：
I2Cdev -- i2c库（库都是需要放置在Arduino的库目录里面）
MPU6050 -- mpu6050陀螺仪库
LS_MPU6050 -- 主程序文件

#include "Wire.h"
#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050.h"MPU6050 accelgyro;unsigned long now, lastTime = 0;
float dt;                                   //微分时间int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz;             //加速度计陀螺仪原始数据
float aax=0, aay=0,aaz=0, agx=0, agy=0, agz=0;    //角度变量
long axo = 0, ayo = 0, azo = 0;             //加速度计偏移量
long gxo = 0, gyo = 0, gzo = 0;             //陀螺仪偏移量float pi = 3.1415926;
float AcceRatio = 16384.0;                  //加速度计比例系数
float GyroRatio = 131.0;                    //陀螺仪比例系数uint8_t n_sample = 8;                       //加速度计滤波算法采样个数
float aaxs[8] = {0}, aays[8] = {0}, aazs[8] = {0};         //x,y轴采样队列
long aax_sum, aay_sum,aaz_sum;                      //x,y轴采样和float a_x[10]={0}, a_y[10]={0},a_z[10]={0} ,g_x[10]={0} ,g_y[10]={0},g_z[10]={0}; //加速度计协方差计算队列
float Px=1, Rx, Kx, Sx, Vx, Qx;             //x轴卡尔曼变量
float Py=1, Ry, Ky, Sy, Vy, Qy;             //y轴卡尔曼变量
float Pz=1, Rz, Kz, Sz, Vz, Qz;             //z轴卡尔曼变量void setup()
{Wire.begin();Serial.begin(115200);accelgyro.initialize();                 //初始化unsigned short times = 200;             //采样次数for(int i=0;i<times;i++){accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取六轴原始数值axo += ax; ayo += ay; azo += az;      //采样和gxo += gx; gyo += gy; gzo += gz;}axo /= times; ayo /= times; azo /= times; //计算加速度计偏移gxo /= times; gyo /= times; gzo /= times; //计算陀螺仪偏移
}void loop()
{unsigned long now = millis();             //当前时间(ms)dt = (now - lastTime) / 1000.0;           //微分时间(s)lastTime = now;                           //上一次采样时间(ms)accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取六轴原始数值float accx = ax / AcceRatio;              //x轴加速度float accy = ay / AcceRatio;              //y轴加速度float accz = az / AcceRatio;              //z轴加速度aax = atan(accy / accz) * (-180) / pi;    //y轴对于z轴的夹角aay = atan(accx / accz) * 180 / pi;       //x轴对于z轴的夹角aaz = atan(accz / accy) * 180 / pi;       //z轴对于y轴的夹角aax_sum = 0;                              // 对于加速度计原始数据的滑动加权滤波算法aay_sum = 0;aaz_sum = 0;for(int i=1;i<n_sample;i++){aaxs[i-1] = aaxs[i];aax_sum += aaxs[i] * i;aays[i-1] = aays[i];aay_sum += aays[i] * i;aazs[i-1] = aazs[i];aaz_sum += aazs[i] * i;}aaxs[n_sample-1] = aax;aax_sum += aax * n_sample;aax = (aax_sum / (11*n_sample/2.0)) * 9 / 7.0; //角度调幅至0-90°aays[n_sample-1] = aay;                        //此处应用实验法取得合适的系数aay_sum += aay * n_sample;                     //本例系数为9/7aay = (aay_sum / (11*n_sample/2.0)) * 9 / 7.0;aazs[n_sample-1] = aaz; aaz_sum += aaz * n_sample;aaz = (aaz_sum / (11*n_sample/2.0)) * 9 / 7.0;float gyrox = - (gx-gxo) / GyroRatio * dt; //x轴角速度float gyroy = - (gy-gyo) / GyroRatio * dt; //y轴角速度float gyroz = - (gz-gzo) / GyroRatio * dt; //z轴角速度agx += gyrox;                             //x轴角速度积分agy += gyroy;                             //x轴角速度积分agz += gyroz;/* kalman start */Sx = 0; Rx = 0;Sy = 0; Ry = 0;Sz = 0; Rz = 0;for(int i=1;i<10;i++){                 //测量值平均值运算a_x[i-1] = a_x[i];                      //即加速度平均值Sx += a_x[i];a_y[i-1] = a_y[i];Sy += a_y[i];a_z[i-1] = a_z[i];Sz += a_z[i];}a_x[9] = aax;Sx += aax;Sx /= 10;                                 //x轴加速度平均值a_y[9] = aay;Sy += aay;Sy /= 10;                                 //y轴加速度平均值a_z[9] = aaz;Sz += aaz;Sz /= 10;for(int i=0;i<10;i++){Rx += sq(a_x[i] - Sx);Ry += sq(a_y[i] - Sy);Rz += sq(a_z[i] - Sz);}Rx = Rx / 9;                              //得到方差Ry = Ry / 9;                        Rz = Rz / 9;Px = Px + 0.0025;                         // 0.0025在下面有说明...Kx = Px / (Px + Rx);                      //计算卡尔曼增益agx = agx + Kx * (aax - agx);             //陀螺仪角度与加速度计速度叠加Px = (1 - Kx) * Px;                       //更新p值Py = Py + 0.0025;Ky = Py / (Py + Ry);agy = agy + Ky * (aay - agy); Py = (1 - Ky) * Py;Pz = Pz + 0.0025;Kz = Pz / (Pz + Rz);agz = agz + Kz * (aaz - agz); Pz = (1 - Kz) * Pz;/* kalman end */Serial.print(agx);Serial.print(",");Serial.print(agy);Serial.print(",");Serial.print(agz);Serial.println();}