任務(wù)2防跌倒功能設(shè)計與開發(fā)成都職業(yè)技術(shù)學院成都卓物科技有限公司任務(wù)情報陀螺儀是一種能夠檢測物體在三維空間中旋轉(zhuǎn)運動的傳感器，它基于角動量守恒原理工作。陀螺儀的核心是一個高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子（也稱為陀螺），當陀螺儀旋轉(zhuǎn)時，它傾向于保持其旋轉(zhuǎn)軸的方向恒定，即使外部框架或殼體發(fā)生轉(zhuǎn)動，這一特性稱為陀螺效應(yīng)。這種抵抗方向改變的性質(zhì)使得陀螺儀成為測量角速度和維持方向穩(wěn)定性的重要工具，如圖所示。我們先來了解三種常用的坐標系：地球坐標系：以地球球心為原點，Z軸沿地球自轉(zhuǎn)軸方向，X、Y軸在赤道平面內(nèi)的坐標系。地理坐標系：它的原點在地球表面(或運載體所在的點)，Z軸沿當?shù)氐乩泶咕€的方向(重力加速度方向)，XY軸沿當?shù)亟?jīng)緯線的切線方向。根據(jù)各個軸方向的不同，可選為“東北天”、“東南天”、“西北天”等坐標系。這是我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫淖鴺讼?，平時說的東南西北方向與這個坐標系東南西北的概念一致。載體坐標系：載體坐標系以運載體的質(zhì)心為原點，一般根據(jù)運載體自身結(jié)構(gòu)方向構(gòu)成坐標系，如Z軸上由原點指向載體頂部，Y軸指向載體頭部，X軸沿載體兩側(cè)方向。上面說基于飛機建立的坐標系就是一種載體坐標系，可類比到汽車、艦船、人體、動物或手機等各種物體。地理坐標系與載體坐標系都以載體為原點，所以它們可以經(jīng)過簡單的旋轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)換，載體的姿態(tài)角就是根據(jù)載體坐標系與地理坐標系的夾角來確定的。發(fā)揮您的空間想象力，假設(shè)初始狀態(tài)中，飛機的Z軸、X軸及Y軸分別與地理坐標系的天軸、北軸、東軸平行。如當飛機繞自身的“Z”軸旋轉(zhuǎn)，它會使自身的“Y”軸方向與地理坐標系的“南北”方向偏離一定角度，該角度就稱為偏航角(Yaw)；當載體繞自身的“X”軸旋轉(zhuǎn)，它會使自身的“Z”軸方向與地理坐標系的“天地”方向偏離一定角度，該角度稱為俯仰角(Pitch)；當載體繞自身的“Y”軸旋轉(zhuǎn)，它會使自身的“X”軸方向與地理坐標系的“東西”方向偏離一定角度，該角度稱為橫滾角。本次陀螺儀芯片采用MPU6050，它是一款由InvenSense公司推出的高性能、低功耗的6軸運動處理傳感器，能夠同時測量物體的三維角速度和三維加速度。具體特點功能如下：6軸集成：MPU6050集成了3軸的MEMS（微機電系統(tǒng)）陀螺儀和3軸的MEMS加速度計，能夠同時測量沿X、Y、Z三個軸向的線性加速度和角速度。數(shù)字運動處理器(DMP)：內(nèi)置一個數(shù)字運動處理器(DigitalMotionProcessor)，這個處理器可以執(zhí)行復雜的運動數(shù)據(jù)融合算法，如四元數(shù)運算，從而計算出設(shè)備的姿態(tài)角度，如俯仰角、橫滾角和航向角，減輕了主控制器的負擔。I2C接口：MPU6050提供了主I2C接口用于與外部微控制器通信，可以輸出原始的加速度和陀螺數(shù)據(jù)，以及經(jīng)過DMP處理后的姿態(tài)數(shù)據(jù)。。擴展能力：MPU6050設(shè)計有一個第二I2C接口，允許連接額外的傳感器，如磁力計，以實現(xiàn)9軸（3軸加速度+3軸陀螺+3軸磁場）的全姿態(tài)解算，進一步提升定位和姿態(tài)感知的準確性。低功耗：適用于電池供電設(shè)備，具有低功耗模式，能在保持性能的同時減少能源消耗。廣泛應(yīng)用：由于其高度集成和強大的功能，MPU6050被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括但不限于無人機、平衡車、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(VR)頭盔、智能手機、游戲手柄、以及各種需要精確運動跟蹤和姿態(tài)穩(wěn)定的設(shè)備。工作環(huán)境：MPU6050的工作溫度范圍通常是-40°C至85°C，確保了其在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定工作性能。如圖所示，MPU6050有24個引腳，I2C通信引腳SDA為PC11，SCL為PC10；MPU_AD0引腳默認低電平I2C地址為0x68，如果引腳高電平，則I2C地址為0x69；MPU?_INT中斷引腳主要用于中斷通知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，在這里只用于讀取傳感器數(shù)據(jù)。陀螺儀庫函數(shù)說明打開MPU6050.h文件，定義了陀螺儀使用的I2C單元和超時時間。#defineMPU6050_I2C_UNIT(CM_I2C2)#defineMPU6050_I2C_TIMEOUT(0xFFFF)定義了陀螺儀I2C地址和長度。//MPU6050IIC器件地址#defineMPU6050_IIC_ADDR(0x68)//地址長度#defineMPU6050_ADDR_LEN(1)定義了陀螺儀中斷引腳PD13。#defineMPU_INT_PORT(GPIO_PORT_D)#defineMPU_INT_PIN(GPIO_PIN_13)#defineMPU_EXTINT_CH(EXTINT_CH13)#defineMPU_INT_SRC(INT_SRC_PORT_EIRQ13)#defineMPU_INT_IRQn(INT013_IRQn)#defineMPU_INT_PRIO(DDL_IRQ_PRIO_DEFAULT)相應(yīng)的I2C引腳定義在BSP_I2C.h文件中，對應(yīng)修改I2C2的引腳SCL為PC10，SDA為PC11。/*DefineI2C2portandpinforSDAandSCL*/#defineI2C2_SCL_PORT(GPIO_PORT_C)#defineI2C2_SCL_PIN(GPIO_PIN_10)#defineI2C2_SDA_PORT(GPIO_PORT_C)#defineI2C2_SDA_PIN(GPIO_PIN_11)#defineBSP_I2C2_BAUDRATE(100000)陀螺儀傳感器初始化來到main函數(shù)，在使用MPU6050_DMP_Init()函數(shù)初始化之前，需要將I2C2和USART1初始化。

TMR0_USART_Config();//串口接收超時定時器初始化

USART1_Init(57600);//串口1初始化

BSP_I2C2_Init();進入MPU6050_DMP_Init()函數(shù)，先將MPU6050的INT引腳進行初始化。MPU6050_PortInit();//MPU6050引腳初始化復位MPU6050，延時100毫秒后喚醒MPU6050。

MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//復位MPU6050 DDL_DelayMS(100); MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);//喚醒MPU6050后面的就是配置MPU6050一些參數(shù)，這些配置是根據(jù)官方工程移植過來，并未改變，詳情代碼請在mpu6050.c文件中查看。

MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺儀傳感器,±2000dps**************************************************************************************** res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG); if(res==MPU6050_IIC_ADDR)//器件ID正確

{**************************************************************************************** }

elsereturn1; return0;當讀取MPU6050的I2C地址為0x68時，表示陀螺儀初始化成功return0，然后初始化陀螺儀的DMP。mpu_dmp_init()該函數(shù)調(diào)用mpu_init函數(shù)來初始化MPU6050設(shè)備。接著，執(zhí)行一系列操作，包括設(shè)置DMP（數(shù)字運動處理器）所需的傳感器、FIFO（先進先出）緩沖區(qū)、采樣率以及加載固件等。在確保所有操作均成功執(zhí)行后，函數(shù)通過調(diào)用mpu_set_dmp_state(1)來激活DMP功能。一旦DMP功能被成功使能，用戶便可以利用mpu_dmp_get_data函數(shù)來讀取經(jīng)過姿態(tài)解算后的數(shù)據(jù)。陀螺儀的數(shù)據(jù)是通過中斷引腳進行讀取的，在中斷引腳中斷函數(shù)中使用mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)函數(shù)獲取陀螺儀值，然后在數(shù)據(jù)標志位MPU_Flag置一，然后關(guān)閉中斷，清除中斷。staticvoidEXTINT_MPU_IrqCallback(void){ if(SET==EXTINT_GetExtIntStatus(MPU_EXTINT_CH)) { if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0) { MPU_Flag=1; INTC_IntCmd(MPU_EXTINT_CH,DISABLE);//關(guān)閉中斷

}

EXTINT_ClearExtIntStatus(MPU_EXTINT_CH); }}mian中的主循環(huán)里延時500ms，通過判斷標志位MPU_Flag是否為1，獲取溫濕度數(shù)據(jù)，打印出陀螺儀的值，將標志位清零，開啟中斷。

while(1){if(MPU_Flag==1){temp=MPU_Get_Temperature();//得到溫度值

printf("temp:%d\r\n",temp);printf("pitch:%f\r\n",pitch);printf("roll:%f\r\n",roll);printf("yaw:%f\r\n",yaw);MPU_Flag=0;INTC_IntCmd(MPU_EXTINT_CH,ENABLE);//開中斷

}

DDL_DelayMS(500