陀螺仪测试电路

背景介绍

  陀螺仪是无人机惯导系统最基本的组成元件之一，通过对陀螺仪输出的角速度进行积分，能够获得无人机的姿态角信息；在兴趣爱好的驱动下，近来购买了MPU-6050相关模块，通过串口把测试结果传输到电脑端，实现了位姿信号的采集，具体如下图所示：

  MPU6050是一种非常流行的空间运动传感器芯片，可以对传感器当前三个加速度分量和三个旋转角速度进行采集。其中，上图中前三个数据分别表述为传感器x,y,z方向的加速度，后三个数据分别表述为传感器绕x,y,z轴的角速度，若mpu-6050设定的加速度倍率为2g，角速度倍率为1000°/s，那么加速度和角加速度的计算公式为：
$$a_x=ACC\_X/32768\times 2g$$$$g_x=GRY\_X/32768\times 1000$$

附录：补充资料

1、mpu-6050硬件原理图

  MPU-6050整合了三轴陀螺仪和三轴加速度计，分别用三个16位的ADC，将其测量的模拟量信号转化为可输出的数字量；其中，陀螺仪的测试范围为±250，±500，±1000， ±2000°/秒（ dps），能够对快速和慢速运动的物体实现精确跟踪；加速度计的测试范围为±2， ±4，±8， ±16g（传感器的测量范围可以通过程序进行控制）。

  图a表述为mpu-6050实物图，模块的大小与指甲盖相差不大，具体为2cm*1.5cm；图b表述为mpu-6050坐标系定义的方式；图c表述为该模块的原理图，测试过程中，VCC、GND、SCL以及SDA分别与单片机相应的引脚相连接。

2、数据采集及上传

  mpu-6050每隔一段时间采集一次传感器的状态信息，通过延时函数实现该功能，本实例中采用的程序源码如下所示（部分），其中，delay（2000）表述为延时0.4s，即陀螺仪每秒钟输出2-3个数据点：

void main()
{ 
  delay(500);    //上电延时    
  init_uart();
  InitMPU6050();  //初始化MPU6050
  delay(150);
  while(1)
  {
    SeriPushSend('A');  
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('X'); SeriPushSend(':'); 
    Display10BitData(GetData(ACCEL_XOUT_H));  //显示X轴加速度
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('Y'); SeriPushSend(':');
    Display10BitData(GetData(ACCEL_YOUT_H));  //显示Y轴加速度
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('Z'); SeriPushSend(':');
    Display10BitData(GetData(ACCEL_ZOUT_H));  //显示Z轴加速度
    SeriPushSend(0x20); 
    SeriPushSend('G');  
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('X'); SeriPushSend(':');
    Display10BitData(GetData(GYRO_XOUT_H));    //显示X轴角速度
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('Y'); SeriPushSend(':');
    Display10BitData(GetData(GYRO_YOUT_H));    //显示Y轴角速度
    SeriPushSend(0x20);SeriPushSend('Z'); SeriPushSend(':');
    Display10BitData(GetData(GYRO_ZOUT_H));    //显示Z轴角速度       
    SeriPushSend(0x0d); 
    SeriPushSend(0x0a);//换行，回车
    delay(2000);
  }
}
void delay(unsigned int k)  
{            
  unsigned int i,j;        
  for(i=0;i<k;i++)
  {      
    for(j=0;j<121;j++);
  }            
}

---

附1：研究表明，陀螺仪具有十分精确的短时定位精度，然而长时间工作时产生的累计误差会导致定位精度出现较大的偏差，后续可以通过多源信息融合解决该问题。

附2、前段时间完成传感器信号采集系统的搭建，具体见推文：数据采集系统实际测试效果，在此基础上能够很容易将传感器（陀螺仪等）应用到实际中，~