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加速度計和陀螺儀以及組合IMU設備(慣性量單元)

最近在做多旋翼的項目,然後就對三軸加速度計和陀螺儀感興趣,網上也找了壹些資料。

大部分也是英文,就copy下來。其實我想把所有以後的項目全部放到GItHub上面去,現在就先放壹個連接好啦。 /kangschampagne

下面就開始整合資料。

加速度計和陀螺儀以及組合IMU設備(慣性量單元)

Accelerometer(加速計) & Gyro Tutorial by Gadget Gangster

這壹篇是很好的入門資料,詳細講解了加速度計和陀螺儀的數學模型和基本算法,以及如何融合這兩者,側重算法、思想的討論 。以下是翻譯。

介紹

本指南旨在向興趣者介紹慣性MEMS(微機電系統)傳感器,特別是加速度計和陀螺儀以及其他整合IMU(慣性測量單元)設備。

IMU單元例子:上圖中MCU頂端的ACC Gyro 6DOF,名為USBThumb,支持USB/串口通信

在這篇文章中我將概括這麽幾個基本並且重要的話題:

- 加速度計(accelerometer)檢測什麽

- 陀螺儀(gyroscope,也稱作 gyro)檢測什麽

- 如何將傳感器ADC讀取的數據轉換為物理單位(加速度傳感器的單位是g,陀螺儀的單位是 度/秒)

- 如何結合加速度傳感器和陀螺儀的數據以得到設備和地平面之間的傾角的準確信息

在整篇文章中我盡量將數學運算降低到最少。如果妳知道什麽是正弦、余弦、正切函數,那無論妳的項目使用哪種平臺妳應該都會明白和運用這篇文章中的思想,這些平臺如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。總有些人認為使用IMU單元需要復雜的數學運算(復雜的FIR或IIR濾波,如卡爾曼濾波,Parks-McClellan濾波等)。妳如果研究這些會得到很棒且很復雜的結果。我解釋事情的方式,只需要基本的數學。我非常堅信簡單的原則。我認為壹個簡單的系統更容易操作和監控,另外許多嵌入式設備並不具備能力和資源去實現需要進行矩陣運算的復雜算法。

我會用我設計的壹個新IMU模塊——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作為例子。在下面的例子中我們會使用這個設備的參數。用這個模塊作為介紹非常合適,因為它由3個設備組成:

- LIS331AL (datasheet) – 3軸 2G 模擬加速度計

- LPR550AL (datasheet) – 雙軸(俯仰、翻滾) 500°/s 加速度傳感器

- LY550ALH (datasheet) –單軸(偏航)陀螺儀

最後這個設備在這篇介紹中不使用,不過他在 DCM Matrix implementation中有重要作用它們壹起組成了壹個6自由度的慣性測量單元。這是個花哨的名字!然而,在花哨的名字後面是個非常有用的設備組合,接下來我們會詳細介紹之。