STC51单片机15——MPU6050六轴数据融合 互补滤波 时间常数可调 可稳定运行 串口显示角度值

51单片机用模拟IIC的方式读取MPU6050的原始数据，之后经过换算转成三轴加速度和三轴角速度。设定定时器，以固定的频率采集以上得到的数据，并加入互补滤波，去除加速度的噪声以及陀螺仪的零飘。注意，本次程序不能测量位移，只能测量对重力的倾角。

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关键程序：

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// 注意MPU6050必须芯片正面朝上

// 功能: 显示角度值

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// GY-52 MPU6050 IIC测试程序

// 使用单片机STC89C52

// 晶振：11.0592M ，波特率19200

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#include <REG52.H>

#include <math.h> //Keil library

//#include <stdio.h> //Keil library

#include <INTRINS.H>

typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned short ushort;

typedef unsigned int uint;

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// 定义51单片机端口

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sbit SCL=P2^2; //IIC时钟引脚定义

sbit SDA=P2^3; //IIC数据引脚定义

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// 定义MPU6050内部地址

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#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺仪采样率，典型值：0x07(125Hz)

#define CONFIG 0x1A //低通滤波频率，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

在此还发现一个有意思的问题：

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//发现一个神奇的地方！！！！！

//如果不写串口中断函数，以下函数尽管没有调用，但是不能删除，一旦删除，程序就不能正常运行。

//这是因为打开了串口中断，但是没有写中断函数，导致程序存储空间中串口中断入口地址被其他代码占用，而执行错误的程序。

//所以打开中断时，必须写出对应的中断函数。！！！！！！！！！！

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//主程序

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void main()

{

int Ax,Ay,Az,Gx,Gy,Gz;

unsigned long Gravity ;

float time,tosc;

float AngleX1,AngleY1,AngleZ1,AngleX2,AngleY2,AngleZ2,dx,dy,dz;

float Filter;

Filter=0.8; //互补滤波系数

delay(500); //上电延时

init_uart();

InitMPU6050(); //初始化MPU6050

delay(150);

tosc=12.0/11059200.0;

AngleX1=0;

AngleY1=0;

AngleZ1=0;

AngleX2=0;

AngleY2=0;

AngleZ2=0;

dx=0;

dy=0;

dz=0;

while(1)

{

Ax=GetData(ACCEL_XOUT_H);

Ay=GetData(ACCEL_YOUT_H);

Az=GetData(ACCEL_ZOUT_H);

Gx=GetData(GYRO_XOUT_H);

Gy=GetData(GYRO_YOUT_H);

Gz=GetData(GYRO_ZOUT_H);

//计算采样时间

TR0=0;

time=TH0<<8 + TL0;

time=(float)(time+tn*65536.0)*tosc;

// Show_int(tn);

// Show_int((int)(time*1000));

TH0=0;

TL0=0;

tn=0;

TR0=1;

//sqrt的输入必须严格是float

Gravity=sqrt((float)Ax*Ax+(float)Ay*Ay+(float)Az*Az); //Ax*Ax+Ay*Ay+Az*Az

AngleX1=acos((float)Ax/Gravity)*180.0/3.14-90;;

AngleY1=acos((float)Ay/Gravity)*180.0/3.14-90;

AngleZ1=acos((float)Az/Gravity)*180.0/3.14;

dy=time*Gx/-16.4; //陀螺仪测的转角y

dx=time*Gy/16.4; //陀螺仪测的转角x

dz=time*Gz/16.4; //陀螺仪测的转角z

//x和y轴数据是融合加速度计和陀螺仪数据, z轴只采用陀螺仪数据

AngleX2=Filter*(AngleX2+dx)+(1-Filter)*AngleX1;

AngleY2=Filter*(AngleY2+dy)+(1-Filter)*AngleY1;

// z轴数据有两种方式，一种是只使用陀螺仪的数据，舍弃z轴加速度（z轴零飘严重）：

AngleZ2=AngleZ2+dz; // 注意MPU6050必须芯片正面朝上

//显示角度

SeriPushSend('x');

SeriPushSend(':');

Show_int((int)(AngleX2));

SeriPushSend('y');

SeriPushSend(':');

Show_int((int)(AngleY2));

SeriPushSend('z');

SeriPushSend(':');

Show_int((int)(AngleZ2));

SeriPushSend(0x0d);

SeriPushSend(0x0a);//换行，回车

ES=0;

while(RI==0);

RI=0;

ES=1;

// delay(80);

}

}

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有网友咨询，为什么用我的代码不能正常显示角度值？现在我来仔细回答一下。

首先用我的代码必须将串口助手设定为自动发送模式，比如自动发送周期为100ms：

其次，来回答一下为什么这么做。

以前我做单片机程序的时候，也喜欢串口“无脑”向外发送数据，在这里经常会遇到一个问题：电脑蓝屏！经常体会到被蓝屏支配的恐惧。那这为啥会引起蓝屏呢？假如我们重新将USB转串口模块插入电脑后，电脑要经过几秒才能将这个驱动运行起来，在这个过程中，如果单片机向电脑发送了大量数据，势必会导致电脑串口缓存区沾满，从而崩溃，进而产生蓝屏。

为了防止这种事情的发送，那么最保险的办法就是采用“应答”式通讯，即上位机向单片机发送数据后，单片机才能将所需数据上传。在本次程序中，就是串口助手向单片机发送任意一字节数据，那么才能收到MPU6050的姿态数据。串口助手发送的数据频率，决定了上位机接收的数据频率。

另外，也询问程序中的“time”变量是做什么用？其实，它就是记录单片机两次上传数据的时间间隔，即串口发送数据的时间间隔。用陀螺仪测量转角，需要对时间进行积分，时间长度由串口向单片机发送两次数据的间隔确定，最好以固定频率向单片机发送数据（建议10Hz），这样就能持续获得转角。如果时间间隔很大，那么陀螺仪的零飘就会严重影响计算的结果。

最后，是我的一些实验过程：

X轴：

Y轴：

Z轴：

还有很早之前用OpenGL做的联合运动：

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