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MEMS,传感技术相关技术文章简单的mems陀螺仪姿态算法介绍
测试传感器：MPU9250，九轴传感器，其中有三个轴就是陀螺仪的三个方向角速度。
陀螺仪在每个采样点获得：采样时刻（单位微妙），XYZ三个方向的角速度（单位弧度/秒），记为：wx， wy， wz。陀螺仪静止时，wx， wy， wz也是有读数的，这就是陀螺仪的零漂。
实验一：将陀螺仪绕X轴旋转时，只有wx有读数；将陀螺仪绕Y轴旋转时，只有wy有读数；将陀螺仪绕Z轴旋转时，只有wz有读数；
实验二：将陀螺仪绕XY面上的轴旋转，wz读数为零，即与旋转轴垂直的轴上的角速度为零。
因为陀螺仪采样率很高（1000Hz），通过瞬时读数计算姿态，可以看做：先绕X轴旋转，再绕Y轴旋转，再绕Z轴旋转。
下面这段代码实现了一个简单的陀螺仪姿态算法，开机并静置几十秒后，拿着陀螺仪旋转，十几分钟内姿态是正确的，之后由于积分累积，误差就越来越大了。
// 参数说明：
// sampleTS : 采样时刻，单位：微秒// wx, wy, wz ：陀螺仪采样，单位：弧度/秒void GyroExperiment(uint64_t sampleTS, float wx, float wy, float wz){ // 传感器启动时刻 static uint64_t s_lasttime = 0; static uint64_t s_lastlog = 0; if(s_lasttime == 0){ s_lasttime = sampleTS; s_lastlog = sampleTS; return; } // 采用启动后5秒-35秒的采用平均值作为陀螺仪零漂 // 在此期间，应保持陀螺仪静止 static float s_wx = 0, s_wy = 0, s_wz = 0; // 陀螺仪零漂 static uint64_t s_elapsed = 0; if(s_elapsed < 35000000){ static int s_SampleCnt = 0; if(s_elapsed > 5000000){ s_wx += (wx - s_wx) / (s_SampleCnt + 1); s_wy += (wy - s_wy) / (s_SampleCnt + 1); s_wz += (wz - s_wz) / (s_SampleCnt + 1); s_SampleCnt++; } s_elapsed += (sampleTS - s_lasttime); s_lasttime = sampleTS; } // 初始姿态，采用三个轴向量表示 static float Xx=1,Xy=0,Xz=0; // X轴 static float Yx=0,Yy=1,Yz=0; // Y轴 static float Zx=0,Zy=0,Zz=1; // Z轴 // 根据陀螺仪读数计算三个轴的旋转量 float interval = (sampleTS - s_lasttime) / 1e6; float rx = (wx - s_wx) * interval; float ry = (wy - s_wy) * interval; float rz = (wz - s_wz) * interval; // 分别构造绕三个轴旋转的四元数 float cos,sin; cos = cosf(rx/2); sin = sinf(rx/2); Quaternion qx(cos, Xx * sin, Xy * sin, Xz * sin); cos = cosf(ry/2); sin = sinf(ry/2); Quaternion qy(cos, Yx * sin, Yy * sin, Yz * sin); cos = cosf(rz/2); sin = sinf(rz/2); Quaternion qz(cos, Zx * sin, Zy * sin, Zz * sin); // 依次旋转三个轴向量 Quaternion q = qx*qz*qy; q.normalize(); Quaternion qi = q.inverse(); Quaternion QX(0, Xx, Xy, Xz); QX = q*QX*qi; QX.normalize(); Xx = QX.q2; Xy = QX.q3; Xz = QX.q4; // 旋转X轴; Quaternion QY(0, Yx, Yy, Yz); QY = q*QY*qi; QY.normalize(); Yx = QY.q2; Yy = QY.q3; Yz = QY.q4; // 旋转Y轴; Quaternion QZ(0, Zx, Zy, Zz); QZ = q*QZ*qi; QZ.normalize(); Zx = QZ.q2; Zy = QZ.q3; Zz = QZ.q4; // 旋转Z轴; // 每1秒输出一次姿态数据 s_lasttime = sampleTS; if(sampleTS - s_lastlog > 1000000){ console->printf("attitude: [%f, %f, %f]; [%f, %f, %f]; [%f, %f, %f]\n", Xx, Xy, Xz, Yx, Yy, Yz, Zx, Zy, Zz); s_lastlog = sampleTS; }}
