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 MPU-6000為全球首例整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時(shí)之軸間差的問題，減少了大量的包裝空間。MPU-6000整合了3軸陀螺儀、3軸加速器，并含可藉由第二個(gè)I2C端口連接其他廠牌之加速器、磁力傳感器、或其他傳感器的數(shù)位運(yùn)動(dòng)處理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以單一數(shù)據(jù)流的形式，向應(yīng)用端輸出完整的9軸融合演算技術(shù) 。

MPU-6000的角速度全格感測范圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec (dps)，可準(zhǔn)確追緃快速與慢速動(dòng)作，并且，用戶可程式控制的加速器全格感測范圍為±2g、±4g±8g與±16g。產(chǎn)品傳輸可透過最高至400kHz的I2C或最高達(dá)20MHz的SPI。 

MPU-6000可在不同電壓下工作，VDD供電電壓介為2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%，邏輯接口VVDIO供電為1.8V± 5%。MPU-6000的包裝尺寸4x4x0.9mm(QFN)，在業(yè)界是革命性的尺寸。其他的特征包含內(nèi)建的溫度感測器、包含在運(yùn)作環(huán)境中僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。

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總的來說，6050算是現(xiàn)在比較便宜好用的加速度陀螺儀芯片了，但是直接讀取時(shí)噪聲大，需要進(jìn)行濾波。因此開始還找了一下卡爾曼濾波方面的資料，并且在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了一種做好的6050+卡爾曼濾波集成的模塊，不貴，35-58元，從網(wǎng)站的圖片看效果很好，而且輸出改成了串口，連接比較簡單。剛看到有人對此提出質(zhì)疑：，覺得其實(shí)就是用了一塊8位的stm8調(diào)用了6050自帶的dmp功能。模塊的采樣率100hz，后面說的dmp也可以做到。呵呵，誰對誰錯(cuò)就不好說了，不過用這個(gè)模塊省了自己琢磨dmp了，懶人福音吧。用卡爾曼動(dòng)態(tài)濾波算法，或者簡化版的濾波，這種方法用好了效果會非常好，有些參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整，改進(jìn)效果。另一種是利用MPU6050內(nèi)部的姿態(tài)融合器DMP，直接輸出姿態(tài)角，優(yōu)點(diǎn)是CPU參與少，但融合參數(shù)不可調(diào)整，調(diào)試?yán)щy（主要是可參考的資料很少）。

連線：首先把6050和arduino連起來，6050模塊有8個(gè)插口，不用都用到，只需要把SCL和SDL連在A5和A4端就可以用了，有時(shí)需要中斷時(shí)，把INt和D2連接，如下圖。

Jeff Jrowberg 的DMP庫（庫名 MPU6050 I2C device class, 6-axis MotionApps20.h；當(dāng)然這個(gè)庫不是AVR的）,這個(gè)庫，是作者通過“反向工程“得到的，不是官方的！

如果你仔細(xì)讀Jeff Jrowberg的代碼，其實(shí)就是i2c操作，先設(shè)置6050寄存器，再在6050內(nèi)存中寫入firmware，然后是config，最后是update，然后就可以直接讀出FIFO里的quarternion數(shù)據(jù)，當(dāng)然還有g(shù)yro和accel數(shù)據(jù)！注意，陀螺儀數(shù)據(jù)是可以自動(dòng)校正，只需要傳感器8秒保持不動(dòng)即可，四元數(shù)處理后得到的角度數(shù)據(jù)是非常穩(wěn)定的！自動(dòng)校正功能是在DMP模式下才有的.

MPU-6050內(nèi)部的DMP運(yùn)算，roll和pitch兩個(gè)參數(shù)，用了片內(nèi)的加計(jì)（重力）對陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行了校正，而yaw軸就沒有相應(yīng)的校正參考，陀螺儀的輸出會漂移是很正常的，只能采用磁感傳感器校正（使用invensense的9軸DMP或自己校正）!很不莘，當(dāng)你用5883時(shí)，請一定記得先將5883做8字校準(zhǔn)，不然你的YAW軸不會得到能用的數(shù)據(jù)的！

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9軸mpu-9150要貴一些，但是集成了地磁傳感器。也可以用別的磁場傳感器，后面可以試試。先說說直接讀取的數(shù)據(jù)吧。導(dǎo)入I2Cdev.h和mpu6050.h兩個(gè)庫函數(shù)，運(yùn)行示例程序，可以得到三個(gè)軸的角速度和加速度。數(shù)據(jù)的波動(dòng)比較大，見圖。ax-az是加速度，單位10E-3 g，gx-gz是角速度。未經(jīng)濾波處理的數(shù)據(jù)是不能直接用的。而且如何從這6個(gè)參數(shù)得到模型的空間姿態(tài)，也是很麻煩的，后面摘抄了一段相關(guān)帖子，說的比較明白。

    Serial.print(ax/16.384); Serial.print(",");

    Serial.print(ay/16.384); Serial.print(",");

    Serial.print(az/16.384); Serial.print(",");

    Serial.print(gx/131); Serial.print(",");

    Serial.print(gy/131); Serial.print(",");

    Serial.println(gz/131);

未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)：

mpu-6050 加速度、陀螺儀傳感器的調(diào)試（1）

dmp后得到的歐拉角：

mpu-6050 加速度、陀螺儀傳感器的調(diào)試（1）

MPU6050模塊是InvenSense公司推出的一款低成本的6軸傳感器模塊，包括三軸加速度，三軸角速度。其體積小巧，用途非常廣。做平衡小車，四軸飛行器，飛行鼠標(biāo)等等，都是必不可少而且是最優(yōu)的傳感器解決方案。本人根據(jù)自己的一些實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和使用體會來談?wù)凪PU6050的相關(guān)問題吧，拋磚引玉，如有不當(dāng)之處，歡迎大家批評指正。

不論是做平衡還是四軸飛行器，關(guān)鍵的問題在于兩方面，一是模塊姿態(tài)的確定，通常需要用到積分運(yùn)算與卡爾曼濾波算法，需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底與編程能力，二是穩(wěn)定控制，方法比較單一，就是經(jīng)典的PID控制算法，難點(diǎn)在于需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整PID的參數(shù)，需要做實(shí)驗(yàn)確定，不難，只是費(fèi)時(shí)間。因此以下主要分析姿態(tài)確定問題。

雖然6050模塊能夠輸出三軸加速度和三軸角速度的數(shù)據(jù)，但實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，直接使用的確不是這些量，而是需要根據(jù)這些數(shù)據(jù)解算出三軸的角度數(shù)據(jù)。比如平衡小車，需要算出 

模塊的俯仰角，然后控制算法根據(jù)角度大小控制小車輪子的移動(dòng)。四軸飛行器需要根據(jù)俯仰角度、滾轉(zhuǎn)角度，和飛行指令來調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

從6軸的原始數(shù)據(jù)得到三軸的角度計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)解算過程，有的童鞋可能會說，不就是三軸角速度積分不就行了嗎？這就是沒有實(shí)踐，想當(dāng)然的說法。有三點(diǎn)需要注意的問題：

1.三軸姿態(tài)的解算不能直接積分。因?yàn)槿S是有耦合的，只有在三軸角度為小角度的時(shí)候可以這么算，角度大了以后，比如60度了，這么算的誤差就很大。標(biāo)準(zhǔn)的做法是用四元數(shù)的方法做姿態(tài)解算，積分的方法可以用4階龍格-庫塔法，或者4階Gill法。詳情請參考：航空航天器運(yùn)動(dòng)的建?！w行動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ) 肖業(yè)倫著 北京航空航天大學(xué)出版社。

2.積分運(yùn)算的累積誤差。角速度積分運(yùn)算是有累積誤差的，累積誤差在短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)不明顯，只要零點(diǎn)漂移處理得好了，1分鐘以內(nèi)的漂移都不大，但時(shí)間長了，就會有累積誤差，5分鐘就漂到不知道哪里去了。

3.角速率零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移就是模塊靜止的時(shí)候，我們認(rèn)為正常的輸出應(yīng)該是0，或者均值為0的數(shù)據(jù)，但是實(shí)際上6050的輸出不是，可能在2°/s或者其他，而且每次都不一樣，如果不校準(zhǔn)，別說1分鐘了，10秒鐘誤差就有20度。

根據(jù)上面的分析，似乎要獲得角度非常困難呀。又有些聰明的朋友會想，用角速率積分這么麻煩，我不怎么算好了，條條大路通羅馬，為啥非得用這個(gè)方法。6050不是能輸出加速度嗎？我用重力在3軸的分量的反正切值，作為滾轉(zhuǎn)角和俯仰角不久行了。

用加速度計(jì)算的確也是一種方法，但使用加速度也有三方面的問題：

1.無法在動(dòng)態(tài)情況下使用，使用重力的來解算姿態(tài)的前提條件是模塊本身沒有加速度，因此模塊輸出的三軸加速度值，正好是重力在模塊本體坐標(biāo)系下的分量，從而能夠求出俯仰和滾轉(zhuǎn)的姿態(tài)角度。一旦模塊運(yùn)動(dòng)起來，這種方法就傻了，因?yàn)槟K無法分辨出哪些是重力的分量，那些是模塊本身的加速度引起的。目前市面上很多傾角儀就是這種思路，但問題就是沒法在動(dòng)態(tài)情況下使用，最簡單的測試方法就是把模塊水平放置桌面上，緩慢運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)X，Y軸的角度基本不變化，都在0度左右，一旦快速運(yùn)動(dòng)起來，X，Y軸就顯示有很大的角度了。而實(shí)際上模塊一直水平，沒有變化。

2.精度差。6050模塊的加速度本身的精度不高，就算是在靜態(tài)情況下，角度測量的精度也只能到1°左右。

3.三軸耦合問題。利用加速度求解姿態(tài)的時(shí)候，也會有三軸耦合的問題，因?yàn)樽藨B(tài)表示與坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)順序有關(guān)，這樣只有一種一個(gè)軸能用反正切值計(jì)算，另一個(gè)軸不能用反正切值計(jì)算。

那么怎么才能得到高精度不漂移的三軸角度呢？陀螺儀精度高，但時(shí)間長了會有漂移，加速度動(dòng)態(tài)精度差，但沒有長期漂移。能否綜合利用陀螺儀和加速度計(jì)的特點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)獲得準(zhǔn)確的姿態(tài)角度呢？答案是肯定的，方法就是用卡爾曼濾波做數(shù)據(jù)融合。大致的思路是將模塊的姿態(tài)用四元素表示，作為系統(tǒng)的狀態(tài)量，模塊的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程作為濾波的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，加速度信息作為濾波的觀察量信息，然后利用卡爾曼濾波的計(jì)算方法迭代計(jì)算更新，詳細(xì)的過程可以參考慣性導(dǎo)航方面的書籍。不過卡爾曼濾波算法比較復(fù)雜，需要用到矩陣運(yùn)算等等，數(shù)學(xué)功底和編程基礎(chǔ)要求都較高，不是初學(xué)者能夠快速掌握的。而且MPU6050模塊是IIC接口輸出的，也給初學(xué)者帶來了不少障礙與困難。

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