DS-学习笔记02-MPU6050数据分析与滤波

论坛关于6050的帖子看了个遍也没整明白哪些东西可以用，哪些数据是干什么的。

沉寂了2天，尽可能的在网上收集资料，但是关于6050的太少了

在本论坛问题区提的问题有人看，没人回答，估计是看的人不会，会的人不会去问题区，要么就是大家对6050不熟悉或者是没用过吧。也没人来问津下我们初学者。

让我想起卜学亮一首歌：搞不懂就问人，搞得懂就答人，没有人懂还可以问神！

其实整到现在有的地方我还是不太明白，将就先贡献出来，给大家参考。

我参考的是飞思卡尔官方给出的设计参考。

1.关于6050 陀螺仪和加速度计的角速度和角度计算。

A.陀螺仪角度计算，很多帖子中都提到了用的是积分，但是我这里还是重新讲下。

angle_n = angle_n-1 + (Gyro-C_Gyro)R_Gyro;

angle_n当前角度值，它的单位是度（°）

angle_n-1 上一次计算出的角度值

Gyro 陀螺仪敏感轴偏转值，也就是当前敏感轴读数

C_Gyro 陀螺仪零点偏移值，这个值的测量方法是：将陀螺仪敏感轴水平放置静止时的读数，我的零点偏移值是水平、垂直、倒置，分别取1024次，作平均值得出的，读数是-177.8865041，但是最后在程序实践中，调整到-99.90。或许还有别的办法，自己看着办吧。

R_Gyro 是陀螺仪比例。飞思卡尔的参考中提到这个值是可以计算出来的，下面我会提供下载，大家自己去看看怎么算的，但是在其论坛和调试手册中都提到，这个比例值还是实验法测量出来的比较准确。

B.加速度仪角度计算。

加速度仪的角度计算有很多方法，论坛里就有2中。但是都用到了三角函数，数学没学好，照抄了也不行。参考了飞思卡尔的计算方法后大概是这样的。

Angle_Z = (az-C_Z)R_Z;

angle_z 加速度计敏感轴Z轴产生倾角计算出的角度，单位度（°）

az 是加速度仪 Z轴读数

C_Z Z轴零点偏移量测量方法和陀螺仪的一样。

R_Z 加速度计Z轴比例

C.反复试验，MPU6050加速度计Z轴对应的是陀螺仪的X轴。不知道是不是我的有问题，还是就这么设计的？

2.关于滤波，实验了一天，大概滤出个这么样个波形。

未命名.jpg

2012-7-5 02:12 上传
(37.98 KB)

红色：加速度计算出的角度

橙色：陀螺仪积分出的角度

黑色：滤波后的角度

比较大的浮动是我将mpu6050 旋转大约45°的波形。后面是没放稳产生的前后晃动。

3.代码部分ARDUINO 代码复制打印

#include "Wire.h"#include "I2Cdev.h"#include "MPU6050.h"MPU6050 accelgyro;int16_t ax, ay, az;int16_t gx, gy, gz;float C_Z = -1343.91;//Z轴零点偏移量float C_Gyro = -99.90;//陀螺仪零点偏移量float Z_Min = -17873.76;//最小极值float Z_Max = 15186.91;//最大极值float T_Z = 3;//Z轴角度补偿时间常数float R_Z = 180/(Z_Max - Z_Min);//Z轴比例float R_Gyro = 0.081;//陀螺仪比例unsigned long T_Now =0;//系统当前时间unsigned long T_Last;//上次时间float Angle_G,Angle_AG,Angle_GG;int i;float GYRO;void setup() {Wire.begin();Serial.begin(38400);// initialize deviceSerial.println("Initializing I2C devices...");accelgyro.initialize();// verify connectionSerial.println("Testing device connections...");Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");}void loop() {accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取6050数据if (i>20){  GYRO = GYRO/20;  float Angle_Z = (az-C_Z)R_Z;//加速度计 角度计算 （读取值-偏移量）比例单位：°  Angle_G = -(GYRO-C_Gyro)R_Gyro;//陀螺仪采样 （采样值-偏移量）比例 单位：°/s  Angle_AG = Angle_AG + (((Angle_Z-Angle_AG)1/T_Z)+Angle_G)0.005;//滤波  Angle_GG = Angle_GG + Angle_G*0.005;//陀螺仪对X轴积分 得出角度。  Serial.print(Angle_Z);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_GG);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_AG);  Serial.print("\n");  i=0;}GYRO = GYRO + gx;i++;}

#include "Wire.h"


#include "I2Cdev.h"


#include "MPU6050.h"


MPU6050 accelgyro;


int16_t ax, ay, az;


int16_t gx, gy, gz;





float C_Z = -1343.91;//Z轴零点偏移量


float C_Gyro = -99.90;//陀螺仪零点偏移量


float Z_Min = -17873.76;//最小极值


float Z_Max = 15186.91;//最大极值


float T_Z = 3;//Z轴角度补偿时间常数


float R_Z = 180/(Z_Max - Z_Min);//Z轴比例


float R_Gyro = 0.081;//陀螺仪比例


unsigned long T_Now =0;//系统当前时间


unsigned long T_Last;//上次时间


float Angle_G,Angle_AG,Angle_GG;


int i;


float GYRO;





void setup() {


Wire.begin();


Serial.begin(38400);


// initialize device


Serial.println("Initializing I2C devices...");


accelgyro.initialize();


// verify connection


Serial.println("Testing device connections...");


Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");


}





void loop() {


accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取6050数据


if (i>20)


{


GYRO = GYRO/20;


float Angle_Z = (az-C_Z)R_Z;//加速度计 角度计算 （读取值-偏移量）比例单位：°


Angle_G = -(GYRO-C_Gyro)R_Gyro;//陀螺仪采样 （采样值-偏移量）比例 单位：°/s


Angle_AG = Angle_AG + (((Angle_Z-Angle_AG)1/T_Z)+Angle_G)0.005;//滤波


Angle_GG = Angle_GG + Angle_G*0.005;//陀螺仪对X轴积分 得出角度。


Serial.print(Angle_Z);


Serial.print(",");


Serial.print(Angle_GG);


Serial.print(",");


Serial.print(Angle_AG);


Serial.print("\n");


i=0;


}


GYRO = GYRO + gx;


i++;


}

代码loop段中，我使用了一个if循环，采集20次陀螺仪读数，进行平均。这样似乎影响了数据采集，但是在波形中灵敏度似乎不受影响。
知道办法笨了点，希望有高手给出简化方法。

滤波中用到的0.005是参考中给出的。本来准备用系统时间积分的，但是看滤出的波有模有样的就没改了。
参考中给出了大部分的算法思想，人笨没办法，就折腾出个这么个代码。

4.如何绘制波形图
A.绘制波形图一般用excel，吧串口调试工具读出是数据导入excel，选择全部数据，单击图表向导就可以了，记住，在arduino输出数据的时候不要用“逗号”分割，打印一个table也就是把我上面的代码
ARDUINO 代码复制打印

Serial.print(Angle_Z);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_GG);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_AG);  Serial.print("\n");

Serial.print(Angle_Z);

  Serial.print(",");

  Serial.print(Angle_GG);

  Serial.print(",");

  Serial.print(Angle_AG);

  Serial.print("\n");

换成
ARDUINO 代码复制打印

Serial.print(Angle_Z);  Serial.print("\t");  Serial.print(Angle_GG);  Serial.print("\t");  Serial.print(Angle_AG);  Serial.print("\n");

Serial.print(Angle_Z);

  Serial.print("\t");

  Serial.print(Angle_GG);

  Serial.print("\t");

  Serial.print(Angle_AG);

  Serial.print("\n");

在串口调试工具得到的数据就可以粘贴到excel，直接得到一个N行3列的表格。至于多少行，看你要采样多少个数据。

B.许多串口调试工具都提供绘制波形的。
黑马给出的 http://www.geek-workshop.com/thread-676-1-1.html
还有一个是 SerialChart 也是论坛里谁找的，忘了是谁了。
我用的是SerialChart。
具体参数如下
SERIALCHART 代码复制打印

[_setup_]
port=COM4 
baudrate=38400
width=1200
height=600
background_color = white
grid_h_origin = 200
grid_h_step = 10
grid_h_color = #EEE
grid_h_origin_color = #CCC
grid_v_origin = 200
grid_v_step = 10
grid_v_color = #EEE
grid_v_origin_color = transparent
[_default_]
min=-100
max=100
[Angle_Z]
color = red
[Angle_GG]
color = orange
[Angle_AG]
color = black

[_setup_]


port=COM4 


baudrate=38400




width=1200


height=600


background_color = white




grid_h_origin = 200


grid_h_step = 10


grid_h_color = #EEE


grid_h_origin_color = #CCC




grid_v_origin = 200


grid_v_step = 10


grid_v_color = #EEE


grid_v_origin_color = transparent




[_default_]


min=-100


max=100






[Angle_Z]


color = red




[Angle_GG]


color = orange




[Angle_AG]


color = black

好多人都看那个帖子了，但是不会用的居多，我也是瞎折腾，出了波形。
解释一下代码
port=COM4 //端口
baudrate=38400//波特率

width=1200//波形图底面宽
height=600//波形图底面高
background_color = white//波形图底面颜色

grid_h_origin = 200 //这个貌似是中间哪个参考线的高度
grid_h_step = 10
grid_h_color = #EEE
grid_h_origin_color = #CCC

grid_v_origin = 200
grid_v_step = 10
grid_v_color = #EEE
grid_v_origin_color = transparent

[_default_]//可视区域大小
min=-100
max=100

[Angle_Z]//这个格式是[名字]，名字可以随便取，但是读数是串口发送第一行，以逗号分隔的第一个，后面的以此类推。
color = red//紧跟名字下面的是对于该名字指向的数据绘制波形的颜色。

[Angle_GG]
color = orange

[Angle_AG]
color = black

记住，串口发送数据的时候要以逗号分隔。如下：
ARDUINO 代码复制打印

Serial.print(Angle_Z);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_GG);  Serial.print(",");  Serial.print(Angle_AG);  Serial.print("\n");

Serial.print(Angle_Z);

  Serial.print(",");

  Serial.print(Angle_GG);

  Serial.print(",");

  Serial.print(Angle_AG);

  Serial.print("\n");

这样，SerialChart，就可以认识你发送过来的数据了。

5.在调试的时候发现，总是因为调整一个参数而不断的下载程序。不知道论坛里有没有懂VC++接口编程的一起讨论下制作一个串口调试工具，我懂点编程语言，但是不会VC++，接口之类的。如果有人提供那就更好了。
具体实现内容如下：

A.串口接收单片机发送的陀螺仪、加速度计等传感器原始数据。
B.软件提供相应的公式参数输入框，方便调整参数，比如计算零点值偏移量，对角度积分等等参数。
C.图形化原始数据和公式后数据。

顺便大家帮我看下有什么问题，这样的波形是否能在平衡车中使用。
有什么疑问的可以提出，我明白的都可以解答，不懂的地方就.....

via - 极客工坊

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