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1 姿态检测
表示飞行器当前飞行姿态的一个通用模型就是建立下图所示坐标系,并用Roll表示绕X轴的旋转,Pitch表示绕Y轴的旋转,Yaw表示绕Z轴的旋转。 由于MPU6050可以获取三个轴向上的加速度,而地球重力则是长期存在且永远竖直向下,因此我们可以根据重力加速度相对于芯片的指向为参考算得当前姿态。 为方便起见,我们让芯片正面朝下固定在上图飞机上,且座标系与飞机的坐标系完全重合,以三个轴向上的加速度为分量,可构成加速度向量a(x,y,z)。假设当前芯片处于匀速直线运动状态,那么a应垂直于地面上向,即指向Z轴负方向,模长为|a|=g=sqrt{X^ 2 +Y^ 2+ z^ 2}。若芯片(座标系)发生旋转,由于加速度向量a仍然竖直向上,所以Z轴负方向将不再与a重合。见下图。 为了方便表示,上图坐标系的Z轴正方向(机腹以及芯片正面)向下,X轴正方向(飞机前进方向)向右。此时芯片的Roll角Φ(黄色)为加速度向量与其在XZ平面上投影(x,0,z)的夹角,Pitch角ω(绿色)与其在YZ平面上投影(0,y,z)的夹角。求两个向量的夹角可用点乘公式:
注意,因为arccos函数只能返回正值角度,因此还需要根据不同情况来取角度的正负值。当y值为正时,Roll角要取负值,当x轴为负时,Pitch角要取负值。 1.2 Yaw角的问题因为没有参考量,所以无法求出当前的Yaw角的绝对角度,只能得到Yaw的变化量,也就是角速度GYR_Z。当然,我们可以通过对GYR_Z积分的方法来推算当前Yaw角(以初始值为准),但由于测量精度的问题,推算值会发生漂移,一段时间后就完全失去意义了。然而在大多数应用中,比如无人机,只需要获得GRY_Z就可以了。 如果必须要获得绝对的Yaw角,那么应当选用MPU9250这款九轴运动跟踪芯片,它可以提供额外的三轴罗盘数据,这样我们就可以根据地球磁场方向来计算Yaw角了,具体方法此处不再赘述。 2 MPU-60501、16位的ADC,每个轴输出的数据,是2^16 也就是 -32768 — +32768 2、高达 400kHz 快速模式的 I2C,或最高至 20MHz 的 SPI 串行主机接口 2.1 陀螺仪灵敏度 可测范围 dps灵敏度 LSB±250131±50065.5±100032.8±200016.4设置了是 ±250 , 那么-32768 —- +32768 就代表了 -250 — +250 角速度数据 = (pi/180) * 轴原始数据 / 加速度灵敏度 (rad/s) Data=数据高八位 |
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