stm32驱动mpu6050结算

### STM32 驱动 MPU6050 实现姿态解算 在嵌入式开发领域，利用微控制器如STM32配合传感器模块（例如MPU6050）完成特定功能的应用非常广泛。对于基于STM32平台实现的姿态解算而言，主要依赖于从IMU (Inertial Measurement Unit,惯性测量单元) 设备读取原始数据并运用适当算法处理这些信息以得出物体的空间方位。 #### 初始化 IIC 接口配置 为了使能与 MPU6050 的通信，在程序启动阶段需先初始化IIC接口设置： ```c void IIC_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // 开启GPIOA 和 I2C1 时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE); // SCL PB6;SDA PB7 GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct); // I2C1 初始化结构体赋初值 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;// 设置串行总线速率 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0; I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; // 根据设定参数初始化I2C1 I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStructure); } ``` 上述代码完成了针对STM32内部集成的硬件IIC外设的基本配置工作[^2]。 #### 获取加速度和角速度数据 当成功建立连接之后，则可以编写函数用于周期性的向MPU6050发送命令请求最新的传感数值，并解析返回的数据包得到实际物理量： ```c // 定义全局变量存储最新采集到的信息 int16_t Accel_X_RAW,Accel_Y_RAW,Accel_Z_RAW,Gyro_X_RAW,Gyro_Y_RAW,Gyro_Z_RAW; void Get_MPU6050_Data(){ uint8_t buffer[14]; int i=0; // 启动一次传输操作前应确保当前无正在进行中的事务 while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY)); // 发送起始条件 -> 地址+写指令位(最右边一位为低电平表示写入)-> 寄存器地址-> 应答信号 I2C_Start(I2C1); I2C_Send7bitAddress(I2C1,MPU6050_ADDRESS_WRITE,I2C_Direction_Transmitter); I2C_SendData(I2C1,ACCEL_START_REG); I2C_WaitAcknowledge(I2C1); // 再次发起新的会话准备接收模式下拉回ACK确认字节流 I2C_GenerateSTOP(I2C1,DISABLE); I2C_Start(I2C1); I2C_Send7bitAddress(I2C1,MPU6050_ADDRESS_READ,I2C_Direction_Receiver); for(i=0;i<14;++i){ if(i==13)//最后一个不需要ACK I2C_AcknowledgeConfig(I2C1,DISABLE); buffer[i]=I2C_ReceiveData(I2C1); I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED); } I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE); // 将接收到的数据转换成对应寄存器定义的形式 Accel_X_RAW=((uint16_t)(buffer[0])<<8)|buffer[1]; Accel_Y_RAW=((uint16_t)(buffer[2])<<8)|buffer[3]; Accel_Z_RAW=((uint16_t)(buffer[4])<<8)|buffer[5]; Gyro_X_RAW=((uint16_t)(buffer[8])<<8)|buffer[9]; Gyro_Y_RAW=((uint16_t)(buffer[10])<<8)|buffer[11]; Gyro_Z_RAW=((uint16_t)(buffer[12])<<8)|buffer[13]; } ``` 这段逻辑实现了对来自MPU6050设备连续两个寄存器内所保存高八位与低位组合而成的一个完整的16比特有符号整数形式的结果提取过程[^1]。 #### 姿态解算算法简介 常见的几种方法包括但不限于互补滤波、卡尔曼滤波等。这里仅简单提及一种较为基础的方式——四元数法来进行角度估算。该方式能够有效减少由于积分漂移带来的误差累积效应的同时保持较高的实时性能表现。 ```cpp typedef struct { float w,x,y,z; } Quaternion; Quaternion q={1.0f,0.0f,0.0f,0.0f}; float ax,ay,az,gx,gy,gz,pitch,roll,yaw; void UpdateAttitude(float dt){ static const float Kp = 0.5 * PI *(FILTER_GAIN/100), Ki = 0.01*PI*(INTEGRAL_GAIN/100); static float integralFBx,integralFBy,integralFBz; float halfex,halfey halfez; float qa,qb,qc; // 计算重力方向上的期望四元数分量 pitch = atan2(-ax,sqrt(pow(ay,2)+pow(az,2))); roll =atan2(ay,az); // 更新比例项 halfex=(pitch)*Kp-(q.x*q.w-q.y*q.z)*Ki; halfey=(roll ) *Kp -(q.y*q.w+q.x*q.z)*Ki; halfez=-integralFBz*Ki+(gx*dt)/2; // 积分反馈控制律更新 integralFBx+=halfex*dt; integralFBy+=halfey*dt; integralFBz+=halfez*dt; // 归一化后的四元数增量 qa=q.w+halfex; qb=q.x-halfey; qc=q.y+halfez; // 对新旧状态之间求平均值得到最后的状态转移矩阵 q.w-=qa*dt; q.x-=qb*dt; q.y-=qc*dt; q.z+=(q.x*qc-q.y*qb)*dt; // 正交化防止长时间运行后发散 Normalize(&q); } void Normalize(Quaternion *quat){ double norm=sqrt(quat->w*quat->w+ quat->x*quat->x+ quat->y*quat->y+ quat->z*quat->z ); quat->w /=norm; quat->x /=norm; quat->y /=norm; quat->z /=norm; } ``` 以上展示了如何采用四元数作为中间载体来表达旋转变化关系，并通过不断调整其各维度系数大小从而逼近真实世界坐标系下的欧拉角描述。