RT-Thread实战笔记|MPU6050使用详解及DMP姿态解算
小伙伴们大家好，好久不更新RT-Thread实战笔记啦，今天来搞一搞MPU6050，话不多说，淦！
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MPU6050简介
某宝买的，吃灰许久了...
有钱，不想受那鸟气的，看这个，自己画一个，对比价格，我劝你买个吧，知道自己行就行了...
典型用法：
可在官网下载最新的芯片手册和寄存器映射和描述，参看：MPU6050 官网
基本功能：
MPU-60X0是世界上第一款集成 6 轴MotionTracking设备。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器 DMP（ DigitalMotion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其 I2C或SPI接口输出一个9轴的信号（ SPI接口仅在MPU-6000可用）。 MPU-60X0也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。
MPU-60X0对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250， ±500， ±1000， ±2000°/秒（ dps），加速度计可测范围为±2， ±4，±8， ±16g。
一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用 400kHz的 I2C接口或 1MHz的 SPI接口（ SPI仅MPU-6000可用）。 对于需要高速传输的应用， 对寄存器的读取和中断可用 20MHz的SPI。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封装（无引线方形封装），可承受最大 10000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。
关于电源， MPU-60X0可支持 VDD范围 2.5V±5%， 3.0V±5%，或 3.3V±5%。另外MPU-6050还有一个 VLOGIC引脚，用来为 I2C输出提供逻辑电平。 VLOGIC电压可取1.8±5%或者VDD。
系统结构图：
通信接口：
MPU-60X0使用 SPI（仅MPU-6000）或 I2C 串行通信至系统处理器接口。 与系统处理器通信时，MPU-60X0始终充当从属设备。 LSB的 I2C 从地址的地址由引脚9（AD0）设置（一般接地），本次采用的是IIC的通讯方式，顺便学习一下rt-thread的IIC设备驱动。
六轴，代表的是它内置了一个三轴 MEMS 陀螺仪、一个三轴 MEMS 加速度计，一个数字运动处理引擎（DMP）。它还有用于第三方的数字传感器接口的辅助 I2C 串行接口，比如当辅助 I2C 串行接口连接到一个三轴磁力计，MPU6050 能提供一个完整的九轴融合输出到其主 I2C 端口。
下图标明了传感器的参考坐标系（ XYZ组成右手系）以及 3个测量轴和旋转方向。
旋转的正向可用右手螺旋定则判断
数字运动处理器（DMP）：
DMP就是MPU6050内部的运动引擎，全称Digital Motion Processor，直接输出四元数，可以减轻外围微处理器的工作负担且避免了繁琐的滤波和数据融合。Motion Driver是Invensense针对其运动传感器的软件包，并非全部开源，核心的算法部分是针对ARM处理器和MSP430处理器编译成了静态链接库，适用于MPU6050、MPU6500、MPU9150、MPU9250等传感器。
FIFO
MPU-60X0包含一个可通过串行接口访问的1024字节FIFO寄存器。 FIFO配置寄存器决定哪个数据写入FIFO。 可能的选择包括陀螺仪数据，加速计数据，温度读数，辅助传感器读数和 FSYNC 输入。 FIFO 计数器跟踪 FIFO 中包含的有效数据字节数。 FIFO寄存器支持突发读取。 中断功能可用于确定新数据何时可用。
MPU6050的涉及的东西还是很多的，小飞哥也只是简单了解了一些，小伙伴们可以查看手册或者百度，很多优秀的介绍，就不再啰嗦啦
rt-thread软件包使用
硬件连接
小飞哥使用的是ART-PI及ART-PI扩展板（12月份即将开源发布）
使用到的引脚为：
| MCU | MPU6050 |
|---|---|
| 3.3V | VCC |
| GND | GND |
| PI2 | SDA |
| PI1 | SCL |
小伙伴们可以还根据自己的MCU及使用到的引脚，模拟的IIC，自己看着选就可以啦
硬件连接OK
软件编写
介绍2两种方式，一种是使用rt-thread平台软件包获取MPU6050的数据，自己解算，另一种就是移植DMP库进行解算，小飞哥用的是移植的DMP库来解算的。
-
rtt软件包使用
选择MPU6050软件包
然后选择模拟IIC，可以使用IIC3，也可以使用其他的，和软件包选用的统一就OK了
设置完成之后，ctrl+S保存即可，软件包自动就下载添加进来了
接下来编写读取函数，直接调用已经封装好的接口即可
先注册设备，初始化
i2c_bus = (struct mpu6xxx_device *)mpu6xxx_init(MPU6050_I2C_BUS_NAME, MPU6050_ADDR); //初始化MPU6050，测量单位为角速度，加速度 while(count++)
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_GYRO_RANGE_2000DPS); //陀螺仪范围配置
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_ACCEL_RANGE_2G); //加速度计，一般设置为±2G
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_SAMPLE_RATE, 50); //采样频率
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_DLPF_CONFIG, 25); //数字低通滤波器设置，一般为1/2采样率
然后调用接口：
mpu6xxx_get_gyro(i2c_bus, &gyro);
sprintf(str,"gyro.x=%d\r\n",gyro.x);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"gyro.y=%d\r\n",gyro.y);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"gyro.z=%d\r\n",gyro.z);
rt_kprintf(str);
mpu6xxx_get_accel(i2c_bus,&accel);
sprintf(str,"accel.x=%d\r\n",accel.x);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"accel.y=%d\r\n",accel.y);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"accel.z=%d\r\n",accel.z);
rt_kprintf(str);
运行结果：
来看一下，这两个函数的内部封装：
/**
* This function gets the data of the gyroscope, unit: deg/10s
* Here deg/10s means 10 times higher precision than deg/s.
*
* @param dev the pointer of device driver structure
* @param gyro the pointer of 3axes structure for receive data
*
* @return the reading status, RT_EOK reprensents reading the data successfully.
*/
rt_err_t mpu6xxx_get_gyro(struct mpu6xxx_device *dev, struct mpu6xxx_3axes *gyro)
{
struct mpu6xxx_3axes tmp;
rt_uint16_t sen;
rt_err_t res;
res = mpu6xxx_get_gyro_raw(dev, &tmp);
if (res != RT_EOK)
{
return res;
}
sen = MPU6XXX_GYRO_SEN >> dev->config.gyro_range;
gyro->x = (rt_int32_t)tmp.x * 100 / sen;
gyro->y = (rt_int32_t)tmp.y * 100 / sen;
gyro->z = (rt_int32_t)tmp.z * 100 / sen;
return RT_EOK;
}
/**
* This function gets the data of the accelerometer, unit: mg
*
* @param dev the pointer of device driver structure
* @param accel the pointer of 3axes structure for receive data
*
* @return the reading status, RT_EOK reprensents reading the data successfully.
*/
rt_err_t mpu6xxx_get_accel(struct mpu6xxx_device *dev, struct mpu6xxx_3axes *accel)
{
struct mpu6xxx_3axes tmp;
rt_uint16_t sen;
rt_err_t res;
res = mpu6xxx_get_accel_raw(dev, &tmp);
if (res != RT_EOK)
{
return res;
}
sen = MPU6XXX_ACCEL_SEN >> dev->config.accel_range;
accel->x = (rt_int32_t)tmp.x * 1000 / sen;
accel->y = (rt_int32_t)tmp.y * 1000 / sen;
accel->z = (rt_int32_t)tmp.z * 1000 / sen;
return RT_EOK;
}
还有获取磁力计、温度的接口，就不再一一列举了，拿到的数据我们可以进行手动解算。
-
移植DMP解算
使用DMP包的话跟rtt的MPU6050的软件包就没有很大关系了，只需要IIC接口就可以了
首先把DMP库文件放到我们的工程中，包含路径到我们的工程中
然后就需要编写与DMP库对接的接口了，下面几个是需要我们实现的
rt_uint8_t MPU_Write_Len(rt_uint8_t addr,rt_uint8_t reg,rt_uint8_t len,rt_uint8_t *databuf)
{
rt_int8_t res = 0;
#ifdef RT_USING_I2C
struct rt_i2c_msg msgs;
rt_uint8_t buf[50] = {0};
#endif
buf[0] = reg;
for(int i = 0;ibus->type == RT_Device_Class_I2CBUS)
{
msgs.addr = i2c_bus->i2c_addr; /* slave address */
msgs.flags = RT_I2C_WR; /* write flag */
msgs.buf = buf; /* Send data pointer */
msgs.len = len+1;
if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)i2c_bus->bus, &msgs, 1) == 1)
{
res = RT_EOK;
}
else
{
res = -RT_ERROR;
}
}
}
rt_uint8_t MPU_Read_Len(rt_uint8_t addr,rt_uint8_t reg,rt_uint8_t len,rt_uint8_t *buf)
{
rt_int8_t res = 0;
#ifdef RT_USING_I2C
struct rt_i2c_msg msgs[2];
#endif
#ifdef RT_USING_SPI
rt_uint8_t tmp;
#endif
if (i2c_bus->bus->type == RT_Device_Class_I2CBUS)
{
msgs[0].addr = i2c_bus->i2c_addr; /* Slave address */
msgs[0].flags = RT_I2C_WR; /* Write flag */
msgs[0].buf = ® /* Slave register address */
msgs[0].len = 1; /* Number of bytes sent */
msgs[1].addr = i2c_bus->i2c_addr; /* Slave address */
msgs[1].flags = RT_I2C_RD; /* Read flag */
msgs[1].buf = buf; /* Read data pointer */
msgs[1].len = len; /* Number of bytes read */
if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)i2c_bus->bus, msgs, 2) == 2)
{
res = RT_EOK;
}
else
{
res = -RT_ERROR;
}
}
return res;
}
初始化部分我们改为下面这样，只注册IIC设备就行了，其他的配置在DMP中完成：
i2c_bus = (struct mpu6xxx_device *)mpu6xxx_init(MPU6050_I2C_BUS_NAME, MPU6050_ADDR); //初始化MPU6050，测量单位为角速度，加速度 while(count++)
/*
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_GYRO_RANGE_2000DPS); //陀螺仪范围配置
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_ACCEL_RANGE, MPU6XXX_ACCEL_RANGE_2G); //加速度计，一般设置为±2G
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_SAMPLE_RATE, 50); //采样频率
mpu6xxx_set_param(i2c_bus, MPU6XXX_DLPF_CONFIG, 25); //数字低通滤波器设置，一般为1/2采样率
*/
while(mpu_dmp_init())
{
rt_thread_mdelay(500);
rt_kprintf("\r\nMPU6050 Error\r\n");
}
rt_kprintf("\r\nMPU6050 OK\r\n");
DMP初始化成功
获取结算后的数据：
float pitch,roll,yaw; //欧拉角
if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0)
{
sprintf(str,"pitch=%.1f\r\n",pitch);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"roll=%.1f\r\n",roll);
rt_kprintf(str);
sprintf(str,"yaw=%.1f\r\n",yaw);
rt_kprintf(str);
/*
temp=MPU_Get_Temperature(); //得到温度值
sprintf(str,"temp=%.1f\r\n",temp);
rt_kprintf(str);
MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据
MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz); //得到陀螺仪数据
*/
}
至此就结束了，使用库的解算是挺方便的，自己解算其中涉及的计算还是挺麻烦的，本章就不再介绍啦，欢迎做过的小伙伴投稿给我哦
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