RT-Thread实战笔记|MPU6050使用详解及DMP姿态解算
小伙伴们大家好,好久不更新RT-Thread实战笔记啦,今天来搞一搞MPU6050,话不多说,淦!
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MPU6050简介
某宝买的,吃灰许久了...
有钱,不想受那鸟气的,看这个,自己画一个,对比价格,我劝你买个吧,知道自己行就行了...
典型用法:
可在官网下载最新的芯片手册和寄存器映射和描述,参看:MPU6050 官网
基本功能:
MPU-60X0是世界上第一款集成 6 轴MotionTracking设备。它集成了3轴MEMS陀螺仪,3轴MEMS加速度计,以及一个可扩展的数字运动处理器 DMP( DigitalMotion Processor),可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器,比如磁力计。扩展之后就可以通过其 I2C或SPI接口输出一个9轴的信号( SPI接口仅在MPU-6000可用)。 MPU-60X0也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器,比如压力传感器。
MPU-60X0对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC,将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动,传感器的测量范围都是用户可控的,陀螺仪可测范围为±250, ±500, ±1000, ±2000°/秒( dps),加速度计可测范围为±2, ±4,±8, ±16g。
一个片上1024字节的FIFO,有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用 400kHz的 I2C接口或 1MHz的 SPI接口( SPI仅MPU-6000可用)。 对于需要高速传输的应用, 对寄存器的读取和中断可用 20MHz的SPI。另外,片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器。芯片尺寸4×4×0.9mm,采用QFN封装(无引线方形封装),可承受最大 10000g的冲击,并有可编程的低通滤波器。
关于电源, MPU-60X0可支持 VDD范围 2.5V±5%, 3.0V±5%,或 3.3V±5%。另外MPU-6050还有一个 VLOGIC引脚,用来为 I2C输出提供逻辑电平。 VLOGIC电压可取1.8±5%或者VDD。
系统结构图:
通信接口:
MPU-60X0使用 SPI(仅MPU-6000)或 I2C 串行通信至系统处理器接口。 与系统处理器通信时,MPU-60X0始终充当从属设备。 LSB的 I2C 从地址的地址由引脚9(AD0)设置(一般接地),本次采用的是IIC的通讯方式,顺便学习一下rt-thread的IIC设备驱动。
六轴,代表的是它内置了一个三轴 MEMS 陀螺仪、一个三轴 MEMS 加速度计,一个数字运动处理引擎(DMP)。它还有用于第三方的数字传感器接口的辅助 I2C 串行接口,比如当辅助 I2C 串行接口连接到一个三轴磁力计,MPU6050 能提供一个完整的九轴融合输出到其主 I2C 端口。
下图标明了传感器的参考坐标系( XYZ组成右手系)以及 3个测量轴和旋转方向。
旋转的正向可用右手螺旋定则判断
数字运动处理器(DMP):
DMP就是MPU6050内部的运动引擎,全称Digital Motion Processor,直接输出四元数,可以减轻外围微处理器的工作负担且避免了繁琐的滤波和数据融合。Motion Driver是Invensense针对其运动传感器的软件包,并非全部开源,核心的算法部分是针对ARM处理器和MSP430处理器编译成了静态链接库,适用于MPU6050、MPU6500、MPU9150、MPU9250等传感器。
FIFO
MPU-60X0包含一个可通过串行接口访问的1024字节FIFO寄存器。 FIFO配置寄存器决定哪个数据写入FIFO。 可能的选择包括陀螺仪数据,加速计数据,温度读数,辅助传感器读数和 FSYNC 输入。 FIFO 计数器跟踪 FIFO 中包含的有效数据字节数。 FIFO寄存器支持突发读取。 中断功能可用于确定新数据何时可用。
MPU6050的涉及的东西还是很多的,小飞哥也只是简单了解了一些,小伙伴们可以查看手册或者百度,很多优秀的介绍,就不再啰嗦啦
rt-thread软件包使用
硬件连接
小飞哥使用的是ART-PI及ART-PI扩展板(12月份即将开源发布)
使用到的引脚为:
MCU | MPU6050 |
---|---|
3.3V | VCC |
GND | GND |
PI2 | SDA |
PI1 | SCL |
小伙伴们可以还根据自己的MCU及使用到的引脚,模拟的IIC,自己看着选就可以啦
硬件连接OK
软件编写
介绍2两种方式,一种是使用rt-thread平台软件包获取MPU6050的数据,自己解算,另一种就是移植DMP库进行解算,小飞哥用的是移植的DMP库来解算的。
rtt软件包使用
选择MPU6050软件包
然后选择模拟IIC,可以使用IIC3,也可以使用其他的,和软件包选用的统一就OK了
设置完成之后,ctrl+S保存即可,软件包自动就下载添加进来了
接下来编写读取函数,直接调用已经封装好的接口即可
先注册设备,初始化
i2c_bus = (struct mpu6xxx_device *)mpu6xxx_init(MPU6050_I2C_BUS_NAME, MPU6050_ADDR); //初始化MPU6050,测量单位为角速度,加速度 while(count++)mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_GYRO_RANGE_2000DPS); //陀螺仪范围配置mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_ACCEL_RANGE_2G); //加速度计,一般设置为±2Gmpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_SAMPLE_RATE, 50); //采样频率mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_DLPF_CONFIG, 25); //数字低通滤波器设置,一般为1/2采样率
然后调用接口:
mpu6xxx_get_gyro(i2c_bus, &gyro);sprintf(str,"gyro.x=%d\r\n",gyro.x);rt_kprintf(str);sprintf(str,"gyro.y=%d\r\n",gyro.y);rt_kprintf(str);sprintf(str,"gyro.z=%d\r\n",gyro.z);rt_kprintf(str);mpu6xxx_get_accel(i2c_bus,&accel);sprintf(str,"accel.x=%d\r\n",accel.x);rt_kprintf(str);sprintf(str,"accel.y=%d\r\n",accel.y);rt_kprintf(str);sprintf(str,"accel.z=%d\r\n",accel.z);rt_kprintf(str);
运行结果:
来看一下,这两个函数的内部封装:
/*** This function gets the data of the gyroscope, unit: deg/10s* Here deg/10s means 10 times higher precision than deg/s. ** @param dev the pointer of device driver structure* @param gyro the pointer of 3axes structure for receive data** @return the reading status, RT_EOK reprensents reading the data successfully.*/
rt_err_t mpu6xxx_get_gyro(struct mpu6xxx_device *dev, struct mpu6xxx_3axes *gyro)
{struct mpu6xxx_3axes tmp;rt_uint16_t sen;rt_err_t res;res = mpu6xxx_get_gyro_raw(dev, &tmp);if (res != RT_EOK){return res;}sen = MPU6XXX_GYRO_SEN >> dev->config.gyro_range;gyro->x = (rt_int32_t)tmp.x * 100 / sen;gyro->y = (rt_int32_t)tmp.y * 100 / sen;gyro->z = (rt_int32_t)tmp.z * 100 / sen;return RT_EOK;
}
/*** This function gets the data of the accelerometer, unit: mg** @param dev the pointer of device driver structure* @param accel the pointer of 3axes structure for receive data** @return the reading status, RT_EOK reprensents reading the data successfully.*/
rt_err_t mpu6xxx_get_accel(struct mpu6xxx_device *dev, struct mpu6xxx_3axes *accel)
{struct mpu6xxx_3axes tmp;rt_uint16_t sen;rt_err_t res;res = mpu6xxx_get_accel_raw(dev, &tmp);if (res != RT_EOK){return res;}sen = MPU6XXX_ACCEL_SEN >> dev->config.accel_range;accel->x = (rt_int32_t)tmp.x * 1000 / sen;accel->y = (rt_int32_t)tmp.y * 1000 / sen;accel->z = (rt_int32_t)tmp.z * 1000 / sen;return RT_EOK;
}
还有获取磁力计、温度的接口,就不再一一列举了,拿到的数据我们可以进行手动解算。
移植DMP解算
使用DMP包的话跟rtt的MPU6050的软件包就没有很大关系了,只需要IIC接口就可以了
首先把DMP库文件放到我们的工程中,包含路径到我们的工程中
然后就需要编写与DMP库对接的接口了,下面几个是需要我们实现的
rt_uint8_t MPU_Write_Len(rt_uint8_t addr,rt_uint8_t reg,rt_uint8_t len,rt_uint8_t *databuf)
{rt_int8_t res = 0;
#ifdef RT_USING_I2Cstruct rt_i2c_msg msgs;rt_uint8_t buf[50] = {0};
#endifbuf[0] = reg;for(int i = 0;i<len;i++){buf[i+1]=databuf[i];}if (i2c_bus->bus->type == RT_Device_Class_I2CBUS){msgs.addr = i2c_bus->i2c_addr; /* slave address */msgs.flags = RT_I2C_WR; /* write flag */msgs.buf = buf; /* Send data pointer */msgs.len = len+1;if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)i2c_bus->bus, &msgs, 1) == 1){res = RT_EOK;}else{res = -RT_ERROR;}}
}
rt_uint8_t MPU_Read_Len(rt_uint8_t addr,rt_uint8_t reg,rt_uint8_t len,rt_uint8_t *buf)
{rt_int8_t res = 0;
#ifdef RT_USING_I2Cstruct rt_i2c_msg msgs[2];
#endif
#ifdef RT_USING_SPIrt_uint8_t tmp;
#endifif (i2c_bus->bus->type == RT_Device_Class_I2CBUS){msgs[0].addr = i2c_bus->i2c_addr; /* Slave address */msgs[0].flags = RT_I2C_WR; /* Write flag */msgs[0].buf = ® /* Slave register address */msgs[0].len = 1; /* Number of bytes sent */msgs[1].addr = i2c_bus->i2c_addr; /* Slave address */msgs[1].flags = RT_I2C_RD; /* Read flag */msgs[1].buf = buf; /* Read data pointer */msgs[1].len = len; /* Number of bytes read */if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)i2c_bus->bus, msgs, 2) == 2){res = RT_EOK;}else{res = -RT_ERROR;}}return res;
}
初始化部分我们改为下面这样,只注册IIC设备就行了,其他的配置在DMP中完成:
i2c_bus = (struct mpu6xxx_device *)mpu6xxx_init(MPU6050_I2C_BUS_NAME, MPU6050_ADDR); //初始化MPU6050,测量单位为角速度,加速度 while(count++)/*mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_GYRO_RANGE_2000DPS); //陀螺仪范围配置mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_ACCEL_RANGE_2G); //加速度计,一般设置为±2Gmpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_SAMPLE_RATE, 50); //采样频率mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_DLPF_CONFIG, 25); //数字低通滤波器设置,一般为1/2采样率
*/while(mpu_dmp_init()){rt_thread_mdelay(500);rt_kprintf("\r\nMPU6050 Error\r\n");}rt_kprintf("\r\nMPU6050 OK\r\n");
DMP初始化成功
获取结算后的数据:
float pitch,roll,yaw; //欧拉角if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0){sprintf(str,"pitch=%.1f\r\n",pitch);rt_kprintf(str);sprintf(str,"roll=%.1f\r\n",roll);rt_kprintf(str);sprintf(str,"yaw=%.1f\r\n",yaw);rt_kprintf(str);/*temp=MPU_Get_Temperature(); //得到温度值sprintf(str,"temp=%.1f\r\n",temp);rt_kprintf(str);MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz); //得到陀螺仪数据
*/}
至此就结束了,使用库的解算是挺方便的,自己解算其中涉及的计算还是挺麻烦的,本章就不再介绍啦,欢迎做过的小伙伴投稿给我哦
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