UAV021（三）：九轴传感器（加速度计、陀螺仪和磁力计）校准方法

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序

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UAV021（二）中使用STM32F4通过IIC协议实现了读取加速度、角速度以及Yaw角。然而，原始数据是不能用的，校准是必须的。原因很简单，将MPU6050水平朝上静止放置和水平朝下静止放置，读取的加速度和角速度如下：

朝上静止

朝下静止

可见，加速度计有时大于一个g有时小于一个g，陀螺仪总有二点几度的漂移。这样为后面应用埋下隐患。所以，必须校准！

本文将讲述加速度计、陀螺仪以及磁力计数据简单校准方法。当然也有复杂校准方法，但是效果并不是很好，所以暂不详述，后期再更新。

整个工程的Gitee下载链接：https://gitee.com/gengstrong/UAV021/raw/master/UAV021_3-9AxisSensor_Calibrate_Simple.zip

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一、 加速度计简单校准

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以 z 轴校准为例，步骤如下：

1. 采集数据。将加速度计分别正反放置，保持静止，分别记录 z 方向 N 组加速度计数据，如上图所示；
2. 计算平均值。计算正放、反放的平均值，上图中取正面的平均值 8.51，反面的平均值 -11.46；
3. 计算误差。正放反放的误差为 $[8.51+(-11.46)]/2=-1.475$；
4. 计算校准后的值。校准后的z方向的数据都是减去校准误差。 比如8.51减去 -1.475 变为 9.985，-11.46 减去 -1.475 变为 -9.985。
5. 映射到 [-g, g] 区间。将校准后的加速度除以模长，再乘 g 即可。
   校准结果如下：
   

可见，校准后，解决了正放、反放绝对值差异大的问题。但是由于手动放平，很难刚好使得正面朝上（x，y都为0），存在一定误差。

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二、陀螺仪简单校准

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陀螺仪简单校准是为了除去零偏。

陀螺仪校准步骤如下：

1. 将陀螺仪静止，采集 N 组数据；
2. 计算这 N 组数据的平均值；
3. 将采集后的数据减去这个平均值即可。

校准结果如下：

可见，校准后，陀螺仪静止时的漂移减小很多。使用这种简单校准的方法，解决了零偏问题，但是还有轴偏没有解决，也即加速度计的坐标轴与磁力计的坐标轴不重合。

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三、磁力计简单校准

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磁力计的问题和加速度计有些类似，就是各个轴方向的最大最小值不对称，这会导致测量到的角度不准确。

校准方法也颇为相似，步骤如下：

1. 采集数据。各个转动磁力计，采集x，y，z方向的 N 组数据（采集原始值即可），如上图所示；
2. 获取最值。获取各个轴上的最大最小值，比如 x 方向最小值为 -500， 最大值为 473。
3. 计算误差。计算最大最小值的误差，正放反放的误差为 $(-500+473)/2=-13.5$；
4. 计算校准后的值。校准后的数据就是采集的原始数据减去校准误差。 比如 x 方向的磁力计数据都减去 $-13.5$。