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MPU9250传感器

發布時間：2023/12/19 综合教程 36 生活家

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 MPU9250传感器小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

MPU9250 內部包括 3 軸陀螺儀、3 軸加速度計和 3 軸磁力計，這3個功能輸出都是 16 位的數字量; 可以通過常用的數據總線( IIC) 接口和單片機進行數據交互，傳輸速率 400 kHz /s。陀螺儀的角速度測量范圍±2000（° /s），具有良好的動態響應特性。加速度計的測量范圍最大為±16g( g 為重力加速度)，靜態測量精度高。磁力計采用高靈度霍爾型傳感器進行數據采集，磁感應強度測量范圍為±4800μT，可用于對偏航角的輔助測量。
MPU9250 自帶的數字運動處理器DMP硬件加速引擎，可以整合九軸傳感器數據，向應用端輸出完整的 9 軸融合演算數據。有了 DMP，我們可以使用運動處理庫非常方便的實現姿態解算，降低了運動處理運算對操作系統的負荷，同時大大降低了開發難度。

三軸陀螺儀

MPU9250陀螺儀是由三個獨立檢測X, Y, Z軸的MEMS組成。檢測每個軸的轉動(一但某個軸發生變化,相應的電容傳感器會發生相應的變化,產生的信號被放大,調解,濾波,最后產生個與角速率成正比的電壓,然后將每一個軸的電壓轉換成16位的數據。ADC的采樣速率也是可編程的,從每秒3.9-8000個。

三軸加速度

MPU9250的三軸加速度也是單獨分開測量的。根據每個軸上的電容來測量軸的偏差度。結構上降低了各種因素造成的測量偏差。加速度計的校準是根據工廠的標準來設定的,電源電壓也許和你用的不一樣。每一個傳感器都有專門的ADC來提供數字性的輸出。

三軸磁力計

三軸磁力計采用高精度的霍爾效應傳感器,通過驅動電路,信號放大和計算電路來處理信號來采集地磁場在X, Y, Z軸上的電磁強度。

IIC通信

MPU9250的電路圖連接如下

我們使用IIC讓MPU9250和單片機通信，并且輸出獲取到的傳感器值。
IIC數據總線是由兩根通信線組成，必要的是包含一個主控制器件和多個從控制器件，不同的從器件通過地址與主器件通信。
實際使用中，一般是單片機作為主機，其它器件作為從機，單片機先向器件發送信息表示要讀取數據，之后轉變傳輸方向，器件發送數據到單片機。

在通信時，IIC通信線只有只有兩根，數據線SDA的高低電平傳輸2進制的數據，時鐘線SCL通過方波信號提供時鐘節拍。在時鐘的高電平周期內，SDA線上的數據必須保持穩定，數據線僅可以在時鐘SCL為低電平時改變。
IIC的通信數據包含起始信號應答信號和結束信號等。
其中起始信號產生的條件是當SCL為高電平的時候，SDA線上由高到低的跳變被定義為起始條件。結束信號產生的條件是SCL為高電平的時候，SDA線上由低到高的跳變被定義為停止條件。
從機應答主機所需要的時鐘仍是主機提供的，應答出現在每一次主機完成8個數據位傳輸后緊跟著的時鐘周期，低電平0表示應答，1表示非應答。
關于通信協議具體的內容，可以網上找找詳細介紹。作為嵌入式軟件工程師，這些常用協議一定要去仔細研究一下，只有理解了協議才能在程序上理清協議實現的邏輯。

程序

由于使用IIC通信協議控制MPU9250，我們需要實現IIC協議。
代碼參考正點原子的源碼，封裝好的函數用起來比較高效。

void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能GPIOB時鐘
//PH4,5初始化設置
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽輸出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
}
//產生IIC起始信號
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //sda線輸出
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(4);
IIC_SCL=0;//鉗住I2C總線，準備發送或接收數據
}
//產生IIC停止信號
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda線輸出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=1;//發送I2C總線結束信號
}
//等待應答信號到來
//返回值：1，接收應答失敗
// 0，接收應答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA設置為輸入
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;//時鐘輸出0
return 0;
}
//產生ACK應答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//不產生ACK應答
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//IIC發送一個字節
//返回從機有無應答
//1，有應答
//0，無應答
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;//拉低時鐘開始數據傳輸
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2); //對TEA5767這三個延時都是必須的
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//讀1個字節，ack=1時，發送ACK，ack=0，發送nACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA設置為輸入
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//發送nACK
else
IIC_Ack(); //發送ACK
return receive;
}
u8 MPU9250_Init(void)
{
u8 res=0;
IIC_Init(); //初始化IIC總線
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);//復位MPU9250
delay_ms(100); //延時100ms
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);//喚醒MPU9250
MPU_Set_Gyro_Fsr(3); //陀螺儀傳感器,±2000dps
MPU_Set_Accel_Fsr(0); //加速度傳感器,±2g
MPU_Set_Rate(50); //設置采樣率50Hz
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_INT_EN_REG,0X00); //關閉所有中斷
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_USER_CTRL_REG,0X00);//I2C主模式關閉
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_FIFO_EN_REG,0X00); //關閉FIFO
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_INTBP_CFG_REG,0X82);//INT引腳低電平有效，開啟bypass模式，可以直接讀取磁力計
res=MPU_Read_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_DEVICE_ID_REG); //讀取MPU6500的ID
if(res==MPU6500_ID) //器件ID正確
{
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01); //設置CLKSEL,PLL X軸為參考
MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00); //加速度與陀螺儀都工作
MPU_Set_Rate(50); //設置采樣率為50Hz
}else return 1;
res=MPU_Read_Byte(AK8963_ADDR,MAG_WIA); //讀取AK8963 ID
if(res==AK8963_ID)
{
MPU_Write_Byte(AK8963_ADDR,MAG_CNTL1,0X11); //設置AK8963為單次測量模式
}else return 1;
return 0;
}
//設置MPU9250陀螺儀傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,設置成功
// 其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
return MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//設置陀螺儀滿量程范圍
}
//設置MPU9250加速度傳感器滿量程范圍
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,設置成功
// 其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
return MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//設置加速度傳感器滿量程范圍
}
//設置MPU9250的數字低通濾波器
//lpf:數字低通濾波頻率(Hz)
//返回值:0,設置成功
// 其他,設置失敗
u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)
{
u8 data=0;
if(lpf>=188)data=1;
else if(lpf>=98)data=2;
else if(lpf>=42)data=3;
else if(lpf>=20)data=4;
else if(lpf>=10)data=5;
else data=6;
return MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_CFG_REG,data);//設置數字低通濾波器
}
//設置MPU9250的采樣率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,設置成功
// 其他,設置失敗
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
u8 data;
if(rate>1000)rate=1000;
if(rate<4)rate=4;
data=1000/rate-1;
data=MPU_Write_Byte(MPU9250_ADDR,MPU_SAMPLE_RATE_REG,data); //設置數字低通濾波器
return MPU_Set_LPF(rate/2); //自動設置LPF為采樣率的一半
}
//得到陀螺儀值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(帶符號)
//返回值:0,成功
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_Read_Len(MPU9250_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
{
*gx=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
*gy=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*gz=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;;
}
//得到加速度值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺儀x,y,z軸的原始讀數(帶符號)
//返回值:0,成功
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_Read_Len(MPU9250_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
if(res==0)
{
*ax=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];
*ay=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];
*az=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
}
return res;;
}
//得到磁力計值(原始值)
//mx,my,mz:磁力計x,y,z軸的原始讀數(帶符號)
//返回值:0,成功
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Get_Magnetometer(short *mx,short *my,short *mz)
{
u8 buf[6],res;
res=MPU_Read_Len(AK8963_ADDR,MAG_XOUT_L,6,buf);
if(res==0)
{
*mx=((u16)buf[1]<<8)|buf[0];
*my=((u16)buf[3]<<8)|buf[2];
*mz=((u16)buf[5]<<8)|buf[4];
}
MPU_Write_Byte(AK8963_ADDR,MAG_CNTL1,0X11); //AK8963每次讀完以后都需要重新設置為單次測量模式
return res;;
}
//IIC連續寫
//addr:器件地址
//reg:寄存器地址
//len:寫入長度
//buf:數據區
//返回值:0,正常
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0); //發送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack()) //等待應答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
for(i=0;i<len;i++)
{
IIC_Send_Byte(buf[i]); //發送數據
if(IIC_Wait_Ack()) //等待ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC連續讀
//addr:器件地址
//reg:要讀取的寄存器地址
//len:要讀取的長度
//buf:讀取到的數據存儲區
//返回值:0,正常
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0); //發送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack()) //等待應答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1); //發送器件地址+讀命令
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
while(len)
{
if(len==1)*buf=IIC_Read_Byte(0);//讀數據,發送nACK
else *buf=IIC_Read_Byte(1); //讀數據,發送ACK
len--;
buf++;
}
IIC_Stop(); //產生一個停止條件
return 0;
}
//IIC寫一個字節
//devaddr:器件IIC地址
//reg:寄存器地址
//data:數據
//返回值:0,正常
// 其他,錯誤代碼
u8 MPU_Write_Byte(u8 addr,u8 reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0); //發送器件地址+寫命令
if(IIC_Wait_Ack()) //等待應答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
IIC_Send_Byte(data); //發送數據
if(IIC_Wait_Ack()) //等待ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC讀一個字節
//reg:寄存器地址
//返回值:讀到的數據
u8 MPU_Read_Byte(u8 addr,u8 reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|0); //發送器件地址+寫命令
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
IIC_Send_Byte(reg); //寫寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte((addr<<1)|1); //發送器件地址+讀命令
IIC_Wait_Ack(); //等待應答
res=IIC_Read_Byte(0); //讀數據,發送nACK
IIC_Stop(); //產生一個停止條件
return res;
}

下面的代碼是控制MPU9250的關鍵代碼，是針對芯片本身的。也是主要代碼。
首先初始化DMP

u8 mpu_dmp_init(void)
{
u8 res=0;
struct int_param_s int_param;
unsigned char accel_fsr;
unsigned short gyro_rate, gyro_fsr;
unsigned short compass_fsr;
IIC_Init(); //初始化IIC總線
if(mpu_init(&int_param)==0) //初始化MPU9250
{
res=inv_init_mpl(); //初始化MPL
if(res)return 1;
inv_enable_quaternion();
inv_enable_9x_sensor_fusion();
inv_enable_fast_nomot();
inv_enable_gyro_tc();
inv_enable_vector_compass_cal();
inv_enable_magnetic_disturbance();
inv_enable_eMPL_outputs();
res=inv_start_mpl(); //開啟MPL
if(res)return 1;
res=mpu_set_sensors(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL|INV_XYZ_COMPASS);//設置所需要的傳感器
if(res)return 2;
res=mpu_configure_fifo(INV_XYZ_GYRO | INV_XYZ_ACCEL); //設置FIFO
if(res)return 3;
res=mpu_set_sample_rate(DEFAULT_MPU_HZ); //設置采樣率
if(res)return 4;
res=mpu_set_compass_sample_rate(1000/COMPASS_READ_MS); //設置磁力計采樣率
if(res)return 5;
mpu_get_sample_rate(&gyro_rate);
mpu_get_gyro_fsr(&gyro_fsr);
mpu_get_accel_fsr(&accel_fsr);
mpu_get_compass_fsr(&compass_fsr);
inv_set_gyro_sample_rate(1000000L/gyro_rate);
inv_set_accel_sample_rate(1000000L/gyro_rate);
inv_set_compass_sample_rate(COMPASS_READ_MS*1000L);
inv_set_gyro_orientation_and_scale(
inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation),(long)gyro_fsr<<15);
inv_set_accel_orientation_and_scale(
inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation),(long)accel_fsr<<15);
inv_set_compass_orientation_and_scale(
inv_orientation_matrix_to_scalar(comp_orientation),(long)compass_fsr<<15);
res=dmp_load_motion_driver_firmware(); //加載dmp固件
if(res)return 6;
res=dmp_set_orientation(inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation));//設置陀螺儀方向
if(res)return 7;
res=dmp_enable_feature(DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT|DMP_FEATURE_TAP| //設置dmp功能
DMP_FEATURE_ANDROID_ORIENT|DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL|DMP_FEATURE_SEND_CAL_GYRO|
DMP_FEATURE_GYRO_CAL);
if(res)return 8;
res=dmp_set_fifo_rate(DEFAULT_MPU_HZ); //設置DMP輸出速率(最大不超過200Hz)
if(res)return 9;
res=run_self_test(); //自檢
if(res)return 10;
res=mpu_set_dmp_state(1); //使能DMP
if(res)return 11;
}
return 0;
}

獲取mp1的數據

u8 mpu_mpl_get_data(float *pitch,float *roll,float *yaw)
{
unsigned long sensor_timestamp,timestamp;
short gyro[3], accel_short[3],compass_short[3],sensors;
unsigned char more;
long compass[3],accel[3],quat[4],temperature;
long data[9];
int8_t accuracy;
if(dmp_read_fifo(gyro, accel_short, quat, &sensor_timestamp, &sensors,&more))return 1;
if(sensors&INV_XYZ_GYRO)
{
inv_build_gyro(gyro,sensor_timestamp); //把新數據發送給MPL
mpu_get_temperature(&temperature,&sensor_timestamp);
inv_build_temp(temperature,sensor_timestamp); //把溫度值發給MPL，只有陀螺儀需要溫度值
}
if(sensors&INV_XYZ_ACCEL)
{
accel[0] = (long)accel_short[0];
accel[1] = (long)accel_short[1];
accel[2] = (long)accel_short[2];
inv_build_accel(accel,0,sensor_timestamp); //把加速度值發給MPL
}
if (!mpu_get_compass_reg(compass_short, &sensor_timestamp))
{
compass[0]=(long)compass_short[0];
compass[1]=(long)compass_short[1];
compass[2]=(long)compass_short[2];
inv_build_compass(compass,0,sensor_timestamp); //把磁力計值發給MPL
}
inv_execute_on_data();
inv_get_sensor_type_euler(data,&accuracy,×tamp);
*roll = (data[0]/q16);
*pitch = -(data[1]/q16);
*yaw = -data[2] / q16;
return 0;
}

其中，數據從隊列中讀取代碼如下

int dmp_read_fifo(short *gyro, short *accel, long *quat,
unsigned long *timestamp, short *sensors, unsigned char *more)
{
unsigned char fifo_data[MAX_PACKET_LENGTH];
unsigned char ii = 0;
sensors[0] = 0;
if (mpu_read_fifo_stream(dmp.packet_length, fifo_data, more))
return -1;
if (dmp.feature_mask & (DMP_FEATURE_LP_QUAT | DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT)) {
#ifdef FIFO_CORRUPTION_CHECK
long quat_q14[4], quat_mag_sq;
#endif
quat[0] = ((long)fifo_data[0] << 24) | ((long)fifo_data[1] << 16) |
((long)fifo_data[2] << 8) | fifo_data[3];
quat[1] = ((long)fifo_data[4] << 24) | ((long)fifo_data[5] << 16) |
((long)fifo_data[6] << 8) | fifo_data[7];
quat[2] = ((long)fifo_data[8] << 24) | ((long)fifo_data[9] << 16) |
((long)fifo_data[10] << 8) | fifo_data[11];
quat[3] = ((long)fifo_data[12] << 24) | ((long)fifo_data[13] << 16) |
((long)fifo_data[14] << 8) | fifo_data[15];
ii += 16;
#ifdef FIFO_CORRUPTION_CHECK
quat_q14[0] = quat[0] >> 16;
quat_q14[1] = quat[1] >> 16;
quat_q14[2] = quat[2] >> 16;
quat_q14[3] = quat[3] >> 16;
quat_mag_sq = quat_q14[0] * quat_q14[0] + quat_q14[1] * quat_q14[1] +
quat_q14[2] * quat_q14[2] + quat_q14[3] * quat_q14[3];
if ((quat_mag_sq < QUAT_MAG_SQ_MIN) ||
(quat_mag_sq > QUAT_MAG_SQ_MAX)) {
/@@* Quaternion is outside of the acceptable threshold. */
mpu_reset_fifo();
sensors[0] = 0;
return -1;
}
sensors[0] |= INV_WXYZ_QUAT;
#endif
}
if (dmp.feature_mask & DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL) {
accel[0] = ((short)fifo_data[ii+0] << 8) | fifo_data[ii+1];
accel[1] = ((short)fifo_data[ii+2] << 8) | fifo_data[ii+3];
accel[2] = ((short)fifo_data[ii+4] << 8) | fifo_data[ii+5];
ii += 6;
sensors[0] |= INV_XYZ_ACCEL;
}
if (dmp.feature_mask & DMP_FEATURE_SEND_ANY_GYRO) {
gyro[0] = ((short)fifo_data[ii+0] << 8) | fifo_data[ii+1];
gyro[1] = ((short)fifo_data[ii+2] << 8) | fifo_data[ii+3];
gyro[2] = ((short)fifo_data[ii+4] << 8) | fifo_data[ii+5];
ii += 6;
sensors[0] |= INV_XYZ_GYRO;
}
if (dmp.feature_mask & (DMP_FEATURE_TAP | DMP_FEATURE_ANDROID_ORIENT))
decode_gesture(fifo_data + ii);
get_ms(timestamp);
return 0;
}

結果

總結

以上是生活随笔為你收集整理的MPU9250传感器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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