MPU6050教程(转载)

mpu6050,MPU6050教程(转载)

如果你想玩四轴,想搞什么空中鼠标,平衡车等待,那么MPU6050真的是太强大了,能做很多东西。但是论坛上MPU6050整个教学过程基本上是没有的,资源共享,不应该只在自己需要资料的时候讲,我向往有一种开发,友好,互相学习的环境。我认识两种人,不分技术,区别在于对待别人问题的态度,一种乐于奉献,一种说多两句都不肯。我看到论坛上面一些帖子只是展示他的成果,下面一大堆评论要看下源程序,楼主都没有理睬,我就无语了,当然商业机密的除外。我知道,如果不是最近在阿莫论坛上面找到的这么多的网友的帮忙,我不可能这么快就搞好MPU6050。但是作为一个初学者,大家还是不要抱着偷懒的心态去学东西,如果你真的是不知道怎么去做,想过,那么你去打扰别人,这样才好,如果你根本不想努力,只想不劳而获,那么我很鄙视你,你也注定没有多大成就。我的QQ:934345073,欢迎有限制的打扰,但是我不会手把手教你,我会给你指明努力的方向。
如果觉得我讲得好,对你有帮助,不要吝啬你的评论,这能让我倍受鼓舞。而且以后多发帖子就好了。
感谢一下各位对我帮助的网友。

玩MPU6050的步骤:
1.学习I2C,I2C就是MPU6050传送数据到单片机的一种协议,类似于USB,当然USB还是比较有难度的。
2.了解MPU6050相关寄存器,有中文版本的,一边学一边看例程就可以获取数据了。
3.然后大概就是姿态融合了吧,把获取的数据进行分析,现在进行到这步。
4.还要学下其他的很多东西??
还是有一段路要走,慢慢来。

I2C

我首先从I2C开始讲起,其实I2C折腾得还挺快的,因为资料很多,那我就在这里告诉大家怎么去下手就好了。你可以去看一些I2C的书籍,例如野火的书,先学会从EEPROM里面写入和读取数据,因为EEPROM写入和读取数据也是根据I2C协议来的。I2C最好的教程我个人觉得是李想的视频,贴上地址:http://v.ku6.com/show/1ZJL4OnYQVq6XAw_ycXvBQ...html,百度一下,很多的。看完之后你绝对懂很多。

I2C有分软件和硬件,软件就你通过对I2C的时钟线和数据线,可能你不知道时钟线和数据线,那还是先去学I2C的基础教程吧,然后再继续看。
软件模拟I2C就是根据下面的图然后再适当的时候给时钟线和数据线高低,具体可以看I2C的协议,这部分李想的视频讲得很好,我就不多讲了。

这是I2C协议的数据手册:
这部分学习的诀窍就是:先写下I2C通讯的一个环节就好了,其他的直接上网找例程就好了,想要用软件模拟出全部的时序当然也可以。

还有一个方式可以用I2C读写数据,就是硬件I2C,硬件I2C就是单片机内部的电路,可以将I2C的时序用硬件电路搞出来,这样子你读写数据就方便很多了。STM32就有硬件I2C,52单片机部分型号应该也有,可以自己去找下,没有试过。STM32硬件I2C可以去看野火的教程。

读取MPU6050原始数据

我学MPU6050的过程受到了论坛上的生来孤独的帮助。他的两篇MPU6050的帖子也很有代表性,静下心来慢慢看吧。其中他的一个很重要的思路就是一步一步,确保每步都对之后就很容易读出正确的数据。

MPU6050读取原始数据:

http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5574011&highlight=%E6%BA%90%E7%A0%81%2BMPU6050

DMP解析原始数据:

http://www.amobbs.com/thread-5576939-1-1.html

我们对MPU6050进行读写传感器数据就是对MPU6050的寄存器用I2C进行读写。

我们先来认识下MPU6050的硬件吧。

这是MPU6050模块的图片,注意是模块,中间那个才是MPU6050,只有MPU6050是不够的,还要有一些外围电路才行,这就跟52芯片跟最小系统的区别一样。

具体的电路我没有怎么了解。我只知道AD0决定MPU6050的地址,学过I2C的人都知道I2C通讯中从机是要有地址的,以区别多个从机。当AD0管脚接低电平的时候,从机地址是0x68。这里地址我当初还遇到了一个问题,可以看下我当初发的帖子看你会不会也错在这里:http://www.amobbs.com/thread-5580466-1-1.html

我们还要了解下MPU6050的寄存器,这个过程跟学习52单片机没有什么区别,就是配置寄存器,读取数据。

这个是一个51单片机获取数据后在LCD上显示出来的程序:http://yunpan.cn/Qi3Izk9NWTikv (提取码:5815)
记得要把液晶的那些管脚改下,这个是网上的例程,我也是拿过来,将管脚改下就可以用了。

这是一个用野火STM32板子的程序,接线:IIC_SDA.PB11  IIC_SCL.PB10:http://yunpan.cn/Qi3NW9wdZtn7t (提取码:1f0e)

还要两个文档,一个英文,一个中文是关于MPU6050整体的介绍。

 

 

在写之前我们先要读懂上面两个工程部分内容。怎么阅读呢?举个例子。

看下下面的函数,这个函数是初始化MPU6050。

  1. //**************************************
  2. //初始化MPU6050
  3. //**************************************
  4. void InitMPU6050()
  5. {
  6.         Single_WriteI2C(PWR_MGMT_1, 0x00);        //解除休眠状态
  7.         Single_WriteI2C(SMPLRT_DIV, 0x07);
  8.         Single_WriteI2C(CONFIG, 0x06);
  9.         Single_WriteI2C(GYRO_CONFIG, 0x18);
  10.         Single_WriteI2C(ACCEL_CONFIG, 0x01);
  11. }
复制代码

下面这句为什么可以解除休眠状态呢?至于为什么要接触休眠状态就要看MPU6050的datasheet,其实也可以看别人的程序怎么写就可以。

  1. Single_WriteI2C(PWR_MGMT_1, 0x00);        //解除休眠状态
复制代码

首先Single_WriteI2C();是给MPU6050寄存器写入数据的一个函数,需要有寄存器的地址,关于寄存器的描述,下面上次两个文档。一个是中文版,一个是英文版,中文版看得不是很明白,可能翻译得不好,英语可以的可以看下英文版本的。慢慢学着配合有道词典读下英文版的也好。

 

首先找到PWR_MGMT_1是某个寄存器的地址,其值如下

  1. #define        PWR_MGMT_1                0x6B        //电源管理,典型值:0x00(正常启用)
复制代码我们在文档中找到地址为0x6B的寄存器,看下说明,可以知道为什么发送0x00给这个寄存器。慢慢地这样子去读,配合MPU6050的寄存器文档。获取数据也是差不多的。这个过程自己慢慢去看MPU6050的datasheet就好了,方法已经介绍。

如果整个过程顺利的话,你可以用串口获得类似下面的数据。怎么检验这些数据是不是对的,我直接将手放在MPU6050上面,可以看到温度稍微会升高,而且我移动MPU6050的时候,数据会变化。初步证明数据是对的。

 

MPU6050原始数据分析

我有看过几次在论坛上面有人获取原始数据后不知道这些代表什么,甚至不知道为什么要获取这些数据。为什么要获取这些数据呢?看完下一个小节你就会明白。

下面我们来分析下这些数据代表什么。大家可以去看一个第七实验室的文档:

我们配置MPU6050的函数:

  1. <font size="2">void MPU6050_Init(void)
  2. {
  3.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 0x00);             //解除休眠状态
  4.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_SMPLRT_DIV , 0x07);            //陀螺仪采样率
  5.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_CONFIG , 0x06);        
  6.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG , 0x00);          //配置加速度传感器工作在16G模式
  7.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_GYRO_CONFIG, 0x18);     //陀螺仪自检及测量范围,典型值:0x18(不自检,2000deg/s)
复制代码主要是看下面这两行,如果你的配置不同的话,要根据寄存器数据手册和第七实验室的文档结合分析数据才行。下面我根据我的配置分析给大家看下。
  1. PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG , 0x00);          //配置加速度传感器工作在16G模式
  2.         PMU6050_WriteReg(MPU6050_RA_GYRO_CONFIG, 0x18);     //陀螺仪自检及测量范围,典型值:0x18(不自检,2000deg/s)
复制代码

 

 

查英文寄存器的手册可以知道我配置的陀螺仪的量程是±2000°/s,再查可知灵敏度是16.4LSB°/s。这里还要知道量程越大,测量精度越低。LSB的意思是最小有效位,为数字输出方式下使用;一般我们可以用mg/LSB来表示灵敏度,例如:mpu6050输出的位数为16位(2的16次方共65536个LSB)对应满量程,当量程为±8g时对应灵敏度就为16g/65536LSB=0.244140625mv/g,取倒数为4096LSB/g,因为mpu6050只能16位输出,所以测量范围越大,对应精度就越低。

根据第七实验室的描述一除可以知道我的陀螺仪绕3个轴的角速度最小是不够1°/s,最多是6°/s左右。当时我是保持静止测得的,不知道MPU6050这样子的结果大家是否满意,不知道大神们是否有办法让这几个值接近0呢??

 

接下来是加速度的分析,同样查英文寄存器手册可以知道我设置的加速度例程是±2g,灵敏度是16384LSB/g,这样子下来加速度在y轴上面是1g,这个是重力加速度,说明我放的时候是y轴在竖直方向上的,其他的两周加速度是接近于0,说明我放得很垂直啊,你也可以换其他的轴在竖直方向上,看那个轴显示出来的值是否是16384左右,我试了,结果是。更加说明我们的结果很对啦。

DMP移植

趁现在有空,先上传个视频让大家一睹为快。

http://v.youku.com/v_show/id_XNzEyNjQ3ODEy.html

你如果是初学者,只是获取了原始数据,那只能告诉你,其实原始数据没有处理没有多大的用处。我们还需要找将那些数据根据数学方面的东西转化为姿态有关的四元数和欧拉角,可以搜下融合算法。我顺便上传个文档,是关于这方面的,不过我还没有看。

 

接下来按照我的理解解释先怎么转化这个过程和转化后的四元数和欧拉角大概是什么,个人理解,不准确的话大神们帮忙指导下。

这个过程有两种办法,一种你可以去学下数学,然后编程把我们上面获取的原始数据转化为四元数和欧拉角;另一种是直接用MPU6050内部的DMP。前者我还没有学,到时可能要学下。DMP是什么呢?我学的时候也是一头雾水,老是看见别人在说DMP,好像很厉害的样子。看下面的解释,是我找的。

DMP的概念:
DMP是什么意思? DMP就是指 MPU6050内部集成的处理单元,可以直接运算出四元数和姿态,而不再需要另外进行数学运算。DMP的使用大大简化了四轴的代码设计。DMP是数字运动处理器的缩写,顾名思义mpu9150(mpu6050)并不单单是一款传感器,其内部还包含了可以独立完成姿态解算算法的处理单元。如在设计中使用DMP来实现传感器融合算法优势很明显。首先,invensense官方提供的姿态解算算法应该比像楼主这样的小白要可靠的多。其次,由DMP实现姿态解算算法将单片机从算法处理的压力中解放出来,单片机所要做的是等待DMP解算完成后产生的外部中断,在外部中断里去读取姿态解算的结果。这样单片机有大量的时间来处理诸如电机调速等其他任务,提高了系统的实时性。
直接上E文吧。标准一点。 DMP and DMP features: The DMP is aunique  hardware feature of InvenSenseMPU  devices  which  is  capable  of  computing  quaternion  data  from  sensor  readings,  performing  device  calibration,and also includes application specific features such as pedometerstep-counting. The DMP image (firmware) is held in volatile memory on the MPUand needs to be updated to the DMP every time the chip powers up to leveragethis functionality.

四元数和欧拉角是什么?我简单理解,简单解释。标准的自己去查下概念。四元数就是4个数,经过 DMP 或 数学+软件 你就可以得到四元数,四元数就是4个数,可以表征姿态,经过几个数学公式(下面编程会展示这几个公式)之后就可以的出姿态,姿态包括pitch,roll,yaw。这几个上传几张图片大家就知道是什么了。

摘自:http://blog.163.com/vipwdp@126/blog/static/150224366201281935518196/

Z轴正方向为前进方向

pitch():俯仰,将物体绕X轴旋转(localRotationX)

MPU6050教程(转载)
yaw():航向,将物体绕Y轴旋转(localRotationY)

MPU6050教程(转载)
roll():横滚,将物体绕Z轴旋转(localRotationZ)

MPU6050教程(转载)

下面一段又是别人的解释。

“方向余弦,欧拉角,四元数东西太多,这里只简单说一下四元数,其他的自己找本惯性技术慢慢看吧。四元数是由一个实数单位和三个虚数单位i,j,k组成并具有实元的数,即q(p0,p1,p2,p3)=p0+p1i+p2j+p3k,其中三个虚实单位i,j,k可看做三维空间的单位向量在导航中,一般用的四元数均为特征四元数,形式如下,q=cosθ/2+nsinθ/2=cosθ/2+sin(θ/2)cosαi+sin(θ/2)cosβj+sin(θ/2)cosγk,n为转轴方向单位矢量,第二个等号后面的形式即为特征四元数,其中标量部分cosθ/2表示转角一半的余弦值,矢量部分表示了转角方向,即以原点为旋转中心,旋转的轴是(α, β, γ),( α^2 + β^2 + γ^2 = 1), 转θ角的旋转,用四元数表示就是,Q = (cos(θ/2); α sin(θ/2), β sin(θ/2), γ sin(θ/2)) 。”

MPU移植指的是要使用DMP功能官方已经给出移植的文档和移植的c文件、h文件等

下面先上资料:

。。。。。。。。。。。。。。。。。。

匿名上位机显示姿态

从上面的视频可以看到我用的上位机是匿名最新版本的,痛心的是匿名的前一版本的上位机不知道为什么在我的电脑上面老是出错,不能打开,搞了我半天多,后来下了新版本的就好了。

错误如下图所示,如果有网友跟我一样的话,自己上百度找办法啊。
 

那又办法获取姿态之后怎么像我那样子在视频那样子玩呢?因为匿名上位机是在是有很多功能,所以要掌握他的上位机还是要看下他的教程。必须要先看下如果没有接触过,不然很多设置你都不知道怎么设置。包括匿名上位机,协议的下载,他的视频里面都有说到,不要问我,我也不想上传。http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5580829&highlight=%E5%8C%BF%E5%90%8D%E5%9B%9B%E8%BD%B4
看完了之后,你就大概可以看得懂为什么在我的过程中有这么一个函数了。我就不讲解了。我自己也是自己根据他协议写的。
  1. /*函数功能:根据匿名最新上位机协议写的显示姿态的程序
  2. *具体原理看匿名的讲解视频
  3. */
  4. void Data_Send_Status(float Pitch,float Roll,float Yaw,int16_t *gyro,int16_t *accel)
  5. {
  6.         unsigned char i=0;
  7.         unsigned char _cnt=0,sum = 0;
  8.         unsigned int _temp;
  9.         u8 data_to_send[50];
  10.  
  11.         data_to_send[_cnt++]=0xAA;
  12.         data_to_send[_cnt++]=0xAA;
  13.         data_to_send[_cnt++]=0x01;
  14.         data_to_send[_cnt++]=0;
  15.         
  16.         _temp = (int)(Roll*100);
  17.         data_to_send[_cnt++]=BYTE1(_temp);
  18.         data_to_send[_cnt++]=BYTE0(_temp);
  19.         _temp = 0-(int)(Pitch*100);
  20.         data_to_send[_cnt++]=BYTE1(_temp);
  21.         data_to_send[_cnt++]=BYTE0(_temp);
  22.         _temp = (int)(Yaw*100);
  23.         data_to_send[_cnt++]=BYTE1(_temp);
  24.         data_to_send[_cnt++]=BYTE0(_temp);
  25.         
  26.         data_to_send[3] = _cnt-4;
  27.         //和校验
  28.         for(i=0;i<_cnt;i++)
  29.                 sum+= data_to_send[i];
  30.         data_to_send[_cnt++]=sum;
  31.         
  32.         //串口发送数据
  33.         for(i=0;i<_cnt;i++)
  34.                 AnBT_Uart1_Send_Char(data_to_send[i]);
  35. }
复制代码

姿态静止的波形:

 

扰动的姿态波形

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