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智能手表：MPU6050和水平仪，动态表情包

news 2025/8/3 11:20:34

MPU6050

一，姿态解算

1.简介

2.计算

陀螺仪优点：响应快（能实时跟踪姿态变化）
陀螺仪缺点：长期漂移（积分误差会累积）

为什么漂移

陀螺仪在测量角速度时，存在细小的误差，yaw[k]=yaw[k-1]+gz*Delta_t ，每次 gz 的误差经积分积累，随时间推移，计算角度会大幅偏离真实值，产生漂移

加速度计优点：无长期漂移（靠重力参考，角度计算不累积误差）
加速度计缺点：高频噪声大（运动冲击、振动会让加速度计输出跳变）

加速度计，只能计算Roll、Pitch的值

Yaw是绕z轴旋转，ax，ay等于0，az总是等于9.8，无法计算Yaw

3.滤波器解决方法

陀螺仪数据（高频信号）通过低通滤波，保留其动态响应好的特性

陀螺仪擅长 短期动态（α 大负责 “跟得上运动”）把噪声屏蔽掉

加速度计数据（低频信号）通过高通滤波，利用其无累积误差的特性

加速度计擅长 长期校准（α 小负责 “纠正漂移”）把漂移除去

融合公式：最终角度 = a×陀螺仪角度 + (1-a)×加速度计角度

当α等于0.9时，漂移基本消失，噪声不明显

4，程序

1.先计算欧拉角

int16_t ax,ay,az,gx,gy,gz;//MPU6050测得的三轴加速度，角速度
float roll_g,pitch_g,yaw_g;//陀螺仪解算的欧拉角
float roll_a,pitch_a;//加速度计解算的欧拉角
float Roll,Pitch,Yaw;//互补滤波后的欧拉角
float a=0.9;//互补滤波器系数
float Delta_t=0.005;//采样周期
double pi=3.1415927;
void MPU6050_Calculation(void)
{Delay_ms(5);MPU6050_GetData(&ax,&ay,&az,&gx,&gy,&gz);//陀螺仪解算的欧拉角roll_g=	Roll+(float)gx*Delta_t;//用互补滤波后的欧拉角，这样误差就能及时修正pitch_g=Pitch+(float)gy*Delta_t;yaw_g=Yaw+(float)gz*Delta_t;//加速度计解算的欧拉角pitch_a=atan2((-1)*ax,az)*180/pi;roll_a=atan2(ay,az)*180/pi;//互补滤波后的欧拉角Roll=a*roll_g+(1-a)*roll_a;Pitch=a*pitch_g+(1-a)*pitch_a;Yaw=a*yaw_g;}

先读取三轴加速度和角速度，用陀螺仪积分计算角度（roll_g、pitch_g、yaw_g），用加速度计通过反正切函数解算角度（roll_a、pitch_a），最后按 0.9:0.1 的比例融合得到最终姿态角（Roll、Pitch、Yaw），采样周期 5ms。

2.欧拉角页面

void Show_MPU6050_UI(void)
{OLED_ShowImage(0,0,16,16,Return);OLED_Printf(0,16,OLED_8X16,"Roll:%.2f",Roll);OLED_Printf(0,32,OLED_8X16,"Pitch:%.2f",Pitch);OLED_Printf(0,48,OLED_8X16,"Yaw:%.2f",Yaw);
}

3.应用

int MPU6050(void)
{while(1){KeyNum=Key_GetNum();if(KeyNum==3){OLED_Clear();OLED_Update();return 0;}OLED_Clear();MPU6050_Calculation();Show_MPU6050_UI();OLED_ReverseArea(0,0,16,16);OLED_Update();}
}

二，水平仪

基于 MPU6050 的水平仪实现：让小球随姿态灵动 “滚动”

借助 MPU6050 传感器获取设备的欧拉角（反映姿态倾斜状态），结合 OLED 屏幕，在屏幕上呈现一个 “水平仪” 场景：小球初始坐标设为 (64, 32) ，会依据设备实际晃动产生的姿态变化（由 MPU6050 测得欧拉角体现），在屏幕上模拟出相应方向的移动，就像真实小球在倾斜平面滚动，直观呈现设备姿态。

程序

代码实现了一个基础的水平仪功能：Show_Gradienter_UI函数通过 MPU6050 获取姿态数据，在 OLED 屏幕中心绘制半径 30 的圆形外框，并根据 Roll/Pitch 角度在 (64-Roll, 32+Pitch) 位置绘制半径 4 的小球，模拟水平仪效果；Gradienter主循环实时刷新界面，检测到按键 3 按下则清屏退出，实现了姿态可视化与基本交互控制。

void Show_Gradienter_UI(void)
{MPU6050_Calculation();OLED_DrawCircle(64,32,30,0);  //绘制外面的圆框OLED_DrawCircle(64-Roll,32+Pitch,4,1); //绘制小球
}int Gradienter(void)
{while(1){KeyNum=Key_GetNum();if(KeyNum==3){OLED_Clear();OLED_Update();return 0;}OLED_Clear();Show_Gradienter_UI();OLED_Update();}
}