mpu6050姿态解算stm32f103

### STM32F103与MPU6050的姿态解算代码实现 以下是基于STM32F103C8T6和MPU6050的DMP库移植以及姿态解算的具体代码示例。该代码实现了MPU6050的初始化、DMP配置、固件加载，并通过串口输出四元数或欧拉角。 #### 初始化函数 `MPU6050_DMP_init` ```c #include "stm32f1xx_hal.h" #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" int MPU6050_DMP_init(void) { uint8_t success = 0; // 初始化I2C接口 HAL_I2C_Init(&hi2c1); // 复位MPU6050 mpu_reset(); // 加载DMP固件 if (mpu_load_firmware() != INV_SUCCESS) { return -1; } // 配置采样速率 if (mpu_set_sample_rate(200) != INV_SUCCESS) { return -1; } // 启用DMP if (mpu_enable_dmp(true) != INV_SUCCESS) { return -1; } // 开始DMP工作 if (mpu_start_dmp() != INV_SUCCESS) { return -1; } success = 1; return success ? 0 : -1; } ``` 以上代码完成了MPU6050的初始化，包括复位设备、加载DMP固件、设置采样率以及启动DMP模块[^1]。 #### 测试函数 `test_MPU6050_DMP` ```c void test_MPU6050_DMP(void) { struct quat q; float euler_angles[3]; while (1) { // 获取四元数 if (mpu_get_quat_dmp(&q, NULL, mpulfloor) == 0) { // 将四元数转换为欧拉角 euler_angles[0] = atan2f(2 * (q.q1 * q.q2 + q.q0 * q.q3), \ 1 - 2 * (pow(q.q2, 2) + pow(q.q3, 2))) * (180 / M_PI); euler_angles[1] = asinf(-2 * (q.q1 * q.q3 - q.q0 * q.q2)) * (180 / M_PI); euler_angles[2] = atan2f(2 * (q.q2 * q.q3 + q.q0 * q.q1), \ 1 - 2 * (pow(q.q1, 2) + pow(q.q3, 2))) * (180 / M_PI); // 输出欧拉角至串口 char buffer[100]; sprintf(buffer, "Roll: %.2f Pitch: %.2f Yaw: %.2f\r\n", \ euler_angles[0], euler_angles[1], euler_angles[2]); HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY); HAL_Delay(100); } } } ``` 这段代码展示了如何从DMP获取四元数，并将其转换为欧拉角后通过UART发送给PC端显示[^4]。 --- ### 主程序结构 ```c int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); // 初始化硬件外设 MX_GPIO_Init(); MX_I2C1_Init(); MX_USART1_UART_Init(); // 初始化MPU6050 DMP if (MPU6050_DMP_init() != 0) { Error_Handler(); } // 运行测试函数 test_MPU6050_DMP(); while (1) {} } // 错误处理函数 void Error_Handler(void) { __disable_irq(); while (1) {} } ``` 主程序负责调用初始化函数和测试函数，确保整个流程能够正常运行[^2]。 --- ### 注意事项 - **I2C时钟频率**：为了提高通信效率，应将I2C时钟配置为400kHz。 - **UART波特率**：串口波特率需设定为115200bps，以便与地面站软件匹配。 - **固件版本兼容性**：确认使用的DMP固件版本与当前MPU6050芯片相匹配[^4]。 ---

### 三级标题：MPU6050模块介绍 MPU6050是一款集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的传感器模块，能够提供精确的运动数据。它通过I2C接口与STM32F103单片机通信[^1]。 ### 三级标题：硬件连接 为了实现MPU6050与STM32F103之间的通信，需要将MPU6050的数据线（SDA）和时钟线（SCL）分别连接到STM32F103的相应I2C引脚上。通常情况下，这些引脚是PB7和PB6对于I2C1或者PB9和PB8对于I2C2。 ### 三级标题：初始化配置 在软件层面，首先需要初始化I2C接口以确保正确的通信速率和模式设置。接着，对MPU6050进行初始化，包括设置采样率、量程以及校准寄存器等参数。 ```c // 示例代码 - 初始化MPU6050 void MPU6050_Init(void) { // I2C初始化代码... // 向MPU6050写入配置命令 I2C_Write(MPU6050_ADDRESS, PWR_MGMT_1, 0x00); // 唤醒设备 I2C_Write(MPU6050_ADDRESS, SMPLRT_DIV, 0x07); // 设置采样率 I2C_Write(MPU6050_ADDRESS, CONFIG, 0x06); // 设置低通滤波器 I2C_Write(MPU6050_ADDRESS, GYRO_CONFIG, 0x18); // 设置陀螺仪满量程范围为±2000°/s I2C_Write(MPU6050_ADDRESS, ACCEL_CONFIG, 0x01); // 设置加速度计满量程范围为±2g } ``` ### 三级标题：姿态解算方法 姿态解算是指从原始传感器数据中计算出物体的姿态角（如俯仰角、横滚角）。一种常用的方法是互补滤波器法，它可以结合加速度计和陀螺仪的优点来得到更准确的姿态估计。 ```c // 示例代码 - 使用互补滤波器进行姿态解算 float pitch, roll; void Calculate_Attitude(float ax, float ay, float az, float gx, float gy, float gz, float dt) { // 计算由加速度计得到的角度 float acc_pitch = atan2(-ax, sqrt(ay*ay + az*az)) * RAD_TO_DEG; float acc_roll = atan2(ay, az) * RAD_TO_DEG; // 更新陀螺仪积分角度 pitch += gx * dt; roll -= gy * dt; // 应用互补滤波器 pitch = 0.98 * pitch + 0.02 * acc_pitch; roll = 0.98 * roll + 0.02 * acc_roll; } ``` ### 三级标题：应用到小车控制系统 一旦获得了稳定可靠的姿态角信息，就可以将其应用于小车控制系统的反馈机制中。例如，在PID控制器中使用姿态角作为输入信号，调整电机的速度或方向，从而保持小车平衡或按照预期轨迹行驶。 ```c // 示例代码 - PID控制器简单示意 typedef struct { float Kp; float Ki; float Kd; float error; float integral; float derivative; float last_error; } PID_Controller; float Compute_PID(PID_Controller *pid, float setpoint, float measured_value) { pid->error = setpoint - measured_value; pid->integral += pid->error; pid->derivative = pid->error - pid->last_error; float output = pid->Kp * pid->error + pid->Ki * pid->integral + pid->Kd * pid->derivative; pid->last_error = pid->error; return output; } ``` ### 三级标题：注意事项 - 在实际部署之前，请确保所有硬件连接都经过仔细检查，并且没有短路或其他电气问题。 - 校准传感器是非常重要的一步，应该在校准环境中执行，以便消除偏移误差和其他非理想因素的影响。 - 软件中的时间间隔`dt`应当根据实际的系统时钟频率正确计算，这对于姿态解算算法的准确性至关重要。