mpu6050的使用及平衡车原理

  mpu6050是一个三轴加速度的模块，可以用来三个坐标轴的加速度及角速度。说实话，它的内部原理没看懂，但是我觉得也不需要了解太深入能够用好就可以了。
  近日逛百度的时候看到了两轮平衡车，我觉得比避障车有意思，就从淘宝上买了个mpu6050的模块，其实挺便宜的只需4.6元每片。
  有了这个想法就立刻开动，模块不久就到了，我把我之前做的避障小车给拆了，剩下两个轮子，然后从那商店要来了一些资料，开始学习它的使用。
  mpu6050模块的角速度满量程有四个可以选择，分别为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps)，加速器测范围为±2g、±4g±8g与±16g。这些东西的意思是，举个例子现在重力加速度为2g那么如果它来测量的话设置量程为±2g，那么输出的数据是32768或是
-32768。2g对应32768，也就是每个数对应2/32768g
。显然，倍率越低精度越好，倍率越高表示的范围越大，这要根据具体的应用来设定。
  模块三个轴的指向，芯片有字一面朝向自己，前方为y轴右方为x轴上方为z轴，如图我买的己经标示出来了。


首先是要获得数据，然后要显示出来，此模块用的是I2C通信，这个调用前面写好的头文件，显示用数码管也调用写好的头文件，关键在于寄存器的设置，以及数据的处理。它寄存器头文件如下。
#ifndef _MPU6050_H_
#define _MPU6050_H_

#include <STC12C5A60S2.H>
#include "iic.h"

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
       

/*mpu6050内部地址*/
#define        SMPLRT_DIV                0x19        //陀螺仪采样率 典型值0x07(125hz)
#define        CONFIG                        0x1A        //低通录波频率 典型值0x06(5hz)
#define        GYRO_CONFIG                0x1B        //陀螺仪自检及测量范围 典型值0x18(不自检 2000deg/s)
#define        ACCEL_CONFIG        0x1C        //加速度计自检测量范围及高通滤波频率 典型值0x01(不自检 2g 5hz)
#define        ACCEL_XOUT_H        0x3B
#define        ACCEL_XOUT_L        0x3C
#define        ACCEL_YOUT_H        0x3D
#define        ACCEL_YOUT_L        0x3E
#define        ACCEL_ZOUT_H        0x3F
#define        ACCEL_ZOUT_L        0x40
#define        TEMP_OUT_H                0x41
#define        TEMP_OUT_L                0x42
#define        GYRO_XOUT_H                0x43
#define        GYRO_XOUT_L                0x44       
#define        GYRO_YOUT_H                0x45
#define        GYRO_YOUT_L                0x46
#define        GYRO_ZOUT_H                0x47
#define        GYRO_ZOUT_L                0x48
#define        PWR_MGMT_1                0x6B        //电源管理典型值0x00(正常启用)
#define        WHO_AM_I                0x75        //iic地址寄存器(默认数值0x68 只读)
#define        SlaveAddress        0xD0        //iic写入时的地址字节数据 +1为读取

void init_mpu();
int get_data(uchar address);

#endif
它的初始化程序如下。
#include "mpu6050.h"

void init_mpu()
{
        write_date(PWR_MGMT_1, 0x00);
        write_date(SMPLRT_DIV, 0x07);
        write_date(CONFIG, 0x06);
        write_date(GYRO_CONFIG, 0x18);
        write_date(ACCEL_CONFIG, 0x01);
}
int get_data(uchar address)
{
        uchar h,l;
        h=read_date(address);
        l=read_date(address+1);
        return((h<<8)+l);
}
  我设置的是2g，2000/s，从百度上查知它的输出会有很大的噪音，需要用卡尔曼算法滤波，但是我看了挺久也没有看懂，考虑到做一个平衡车小车不需太高精度，我就没有去深入研究。
以下是我写的显示x抽倾斜角的主程序
#include <STC12C5A60S2.H>
#include "math.h"
#include "mpu6050.h"
#include "displa.h"

void main()
{
        int t=0;
        init_mpu();
        while(1)
        {
                t=get_data(ACCEL_XOUT_H);
                t=abs(t);
                t=(5730*asin(t/16056.3)+0.5);
                display(t);
        }
}
其中得到的数据除以16056.6是转换为重力加速度，本应除以32768/2的但是误差太大了，0.5是为了让数据四舍五入，求反正弦是利用重力加速度的分量转换为倾斜角，乘以5730是化弧度为角度。显示跳动很快，数据不稳定，而且最大角只能达到86度。
  因为芯片已经调试好装上去了，所以没有显示的照片了。
  然后就是平衡车的制作，到现在我还没有调试好。那个轮子太不精密了，用手拧会轻微转动很难调，平衡车上把电池放在顶上提高重心，使得更易平衡。
  平衡车调节原理很简单，根据不同的倾斜角调节轮子转速，倾斜角与转速成线性关系，利用PWM来调速，频率控制在50HZ，频率太高感抗大，转速反而慢，频率太低抖动比较严重，用H桥驱动马达。另外测得某个轴加速度后要减去它的角速度，因为小车一直在动，测量的加速度分量是加上了角速度的，不减去的话转换出的角度不准确。
#include <STC12C5A60S2.H>
#include "math.h"
#include "mpu6050.h"
#include "iic.h"

sbit moter1=P0^0;
sbit moter2=P0^1;

void delay(uint i)
{
        while(i--);
}
void balance()
{
bit turn_flag;
        uint i,low,cycle=16000;//cycle调节频率
high=high*10;        //调节占空比
        low=cycle-high;
        for(i=0;i<5;i++)
        {
                if(turn_flag==1)
                {
                        moter1=1;
                        moter2=0;
                }
                else
                {
                        moter1=0;
                        moter2=1;
                }
                delay(high+5000);//刻服静摩擦
                moter1=0;
                moter2=0;
                delay(low);
        }
  t=get_data(ACCEL_XOUT_H);
                t=(5730*asin(t/16056.3)+0.5);
                if(t>=0)
                {
                        t=t;
                        turn_flag=1;
                }
  else
  {
   t=-t;
                        turn_flag=0;
  }
}
void main()
{       
        init_mpu();
        while(1)
{
                balance();
}
程序简陋没有用PCA来作PWM控制，也没有卡尔曼滤波，更没有PID控制，只有平衡一个功能，不能转向，不能前进后退，不能遥控，但是以后会改进的。