Linux 外设驱动 应用 6 陀螺仪实验

Linux 外设驱动 应用

1 陀螺仪实验

1.1 背景介绍

螺旋仪是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。陀螺仪一旦开始旋转，由于转子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。

陀螺仪多用于导航、定位等系统常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀螺仪基本上就是运用物体高速旋转时，角动量很大，旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。不过它必需转得够快，或者惯量够大（也可以说是角动量要够大）。不然，只要一个很小的力矩，就会严重影响到它的稳定性。

1.2 硬件接口

采用I2C通讯接口，

1.3 MPU6050 寄存器的数据格式

MPU-60X0 是全球首例9 轴运动处理传感器。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（Digital Motion 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。

数据位于 0x3B 到 0x48 这 14 个字节的寄存器中。这些数据会被动态更新，更新频率最高可达 1000HZ。

下面列出相关寄存器的地址，数据的名称。注意，每个数据都是 2 个字节。

0x3B，加速度计的 X 轴分量 ACC_X
0x3D，加速度计的 Y 轴分量 ACC_Y
0x3F，加速度计的 Z 轴分量 ACC_Z
0x41，当前温度 TEMP
0x43，绕 X 轴旋转的角速度 GYR_X
0x45，绕 Y 轴旋转的角速度 GYR_Y
0x47，绕 Z 轴旋转的角速度 GYR_Z

MPU6050 芯片的座标系是这样定义的：令芯片表面朝向自己，将其表面文字转至正确角度，此时，以芯片内部中心为原点，水平向右的为 X 轴，竖直向上的为 Y 轴，指向自己的为 Z 轴。

2 代码展示

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd_accx;
	int fd_accy;
	int fd_accz;
	int fd_angx;
	int fd_angy;
	int fd_angz;
	int fd_temp;
	char buff[10];
	while(1)
	{
		/*******open***********/
		if ((fd_accx = open(in_accel_x_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_accel_x_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_accy = open(in_accel_y_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_accel_y_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_accz = open(in_accel_z_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_accel_z_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_angx = open(in_anglvel_x_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_anglvel_x_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_angy = open(in_anglvel_y_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_anglvel_y_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_angz = open(in_anglvel_z_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_anglvel_z_raw\n");
			return 1;
		}
		if ((fd_temp = open(in_temp_raw, O_RDONLY)) < 0) 
		{
			perror("open error in_temp_raw\n");
			return 1;
		}
		
        /**********read**************/
		if (read(fd_accx, buff, 10)) {
			g_mpu6050.Accel_X=atoi(buff);
		}
		if (read(fd_accy,buff,10)) {
			g_mpu6050.Accel_Y=atoi(buff);
		}
		if (read(fd_accz,buff,10)) {
			g_mpu6050.Accel_Z=atoi(buff);
		}

		if (read(fd_angx,buff,10)) {
			g_mpu6050.GYRO_X=atoi(buff);
		}
		if (read(fd_angy,buff,10)) {
			g_mpu6050.GYRO_Y=atoi(buff);
		}
		if (read(fd_angz,buff,10)) {
			g_mpu6050.GYRO_Z=atoi(buff);
		}

		if (read(fd_temp,buff,10)) {
			g_mpu6050.Temp=atoi(buff);
		}
		accel_to_angle();//У׼ֵ
		printf("\033[10A");
		printf("\033[K");
		usleep(100000);
		/**********close*******************/
		close(fd_accx);
		close(fd_accy);
		close(fd_accz);
		close(fd_angx);
		close(fd_angy);
		close(fd_angz);
		close(fd_temp);
	}
}

3 现实效果

4 数据融合

后期加入数据融合算法，计算偏转的角度